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Laboratórios Abertos 2017
Editado por:
Departamento de Engenharia Química
Instituto Superior Técnico
Edição de:
Maria Amélia Lemos, Cristina Gomes de Azevedo, Dulce Simão
Com a colaboração de:
Núcleo de Engenharia Química
Fevereiro 2017
ISBN: 978-989-99508-4-9
ÍNDICE .............................................................................................................................................................. 3
PROGRAMA SECUNDÁRIO ................................................................................................................................ 4
PROGRAMA JÚNIOR (2º E 3º CICLO BÁSICO) ................................................................................................ 6
PROGRAMA KIDS (1º CICLO BÁSICO) ........................................................................................................... 7
PREFÁCIO ......................................................................................................................................................... 8
PALESTRAS ....................................................................................................................................................... 9
Plásticos Luminosos e Painéis Solares .......................................................................................................... 10
Amor & Química: Uma visão sobre a Hipótese Psicoquímica ....................................................................... 16
Sublimando a Química com a Arte ............................................................................................................... 22
A Engenharia Química na Indústria Farmacêutica ....................................................................................... 27
Permafrost num Ártico em Mudança ........................................................................................................... 31
O Mundo dos Cosméticos ............................................................................................................................. 35
Um Dia na Vida de um Eng.º de Materiais ................................................................................................... 40
CONVERSAS À VOLTA DE UM FILME ............................................................................................................... 46
Viver Sem Química........................................................................................................................................ 47
A Vida Secreta dos Plásticos ......................................................................................................................... 48
EXPERIÊNCIAS NO LABORATÓRIO .................................................................................................................. 53
Química Orgânica ao vivo e a cores ............................................................................................................. 54
A Energia do Ar a Temperatura Muito Baixa ............................................................................................... 77
Doce Química ............................................................................................................................................... 81
Encontro com a Engenharia Química ........................................................................................................... 91
NEQIST e o Cálice de Fogo .......................................................................................................................... 100
“Quem é Quem na Tabela Periódica”: Localização, Ação, Reação! ........................................................... 106
Estação em Marte ...................................................................................................................................... 116
EQUIPA ........................................................................................................................................................ 119
ESCOLAS PARTICIPANTES ............................................................................................................................. 121
PATROCÍNIOS ............................................................................................................................................... 122
Palestras 9:30h 14:30h
6 Fev
2ª Fe i ra
P l á st i co s l um i no so s e pa i né i s so l a re s
A na C ha ra s , I T
Amor & Química Uma visão sobre a Hipótese Psicoquímica
J o ã o Pa u l o Te l o, DEQ / I S T
7 Fev
3ª Fe i ra
Sublimando a Química com a Arte
José Armando, DEQ/IST
A Engenharia Química na Indústria Farmacêutica
R u be n C a r va l ho, Hov i o ne
Horário Actividades
M a nhã 9 : 30 h Pa l e st ra
1 0: 30 - 12 : 3 0h E x pe r i ê n c i a s no s l a bo rató r i o s
Ta rde 1 4: 30 h Pa l e st ra
1 5: 30 - 17 : 3 0h E x pe r i ê n c i a s no s l a bo rató r i o s
Palestras 9:30h 14:30h
8 Fev
4ª Fe i ra
Permafrost num Ártico em mudança
J o ã o C a ná r i o , DEQ / I S T
Da folha de caderno ao fabrico de papel C a ro l i na B e l c h i o r, Eng . de Proce s so de Pa pe l
9 Fev
5ª Fe i ra
O Mundo dos Cosméticos C a ro l i na M a rque s , Le c i farm a
Um dia na vida de um Eng. de Materiais Ve ra P i re s , Front wav e
Experiências nos Laboratórios
Qu í mi ca O r gâ n i ca
a o v i vo e a co re s
A e ne rg i a do a r a mu i to ba i xa
te mpe rat ura
Do c e Quí mi ca E nco nt ro co m
a En g . Qu í mi ca
NEQI S T
e o cá l i c e de fo go M ate r i a i s i nte l i ge nte s
Horário Actividades
M a nhã
9 : 00 h
C o nve rsa s à vo l ta de um
f i l me
1 0: 00 – 1 2 : 0 0h
E x pe r i ê n c i a s no s
l a bo rató r i o s
Ta rde
1 4: 00 h
C o nve rsa s à vo l ta de um
f i l me
1 5: 00 – 1 7 : 0 0h
E x pe r i ê n c i a s no s
l a bo rató r i o s
Experiências nos Laboratórios
Qu í mi ca O r gâ n i ca ao v i vo e a co re s
A e ne rg i a do a r a
m ui to ba i xa
te mpe rat ura
Quem é quem na Tabela Periódica localização, acção,
reacção
E nco nt ro co m a En g ª
Qu í mi ca
NEQI S T e o cá l i c e de fo go M ate r i a i s i nte l i ge nte s
Horário Actividades
M a nhã 1 0: 00 – 1 2 : 0 0h
E x pe r i ê n c i a s no s
l a bo rató r i o s
Ta rde 1 4: 00 – 1 6 : 0 0h
E x pe r i ê n c i a s no s
l a bo rató r i o s
Experiências nos Laboratórios
Pr i mave ra O uto no
Verão I nve r no
E sta ção e m M a r te
Os Laboratórios Abertos do Departamento de Engenharia Química constituem uma iniciativa de
divulgação de Ciência e Tecnologia nas áreas da Química, Engenharia Química e Engenharia de
Materiais que se destina a dar a conhecer a importância que estes domínios assumem na nossa vida
quotidiana e no desenvolvimento da nossa economia.
À semelhança dos anos anteriores o Departamento de Engenharia Química do Técnico convidou cerca
de 2500 alunos, de vários níveis de ensino pré-universitário, a participar ativamente nesta descoberta
através de um conjunto de palestras, conversas e experiências interativas. Estas atividades foram
dinamizadas por Docentes, Não-Docentes e Estudantes do IST bem como por Engenheiros e Cientistas
convidados.
Decorreram três conjuntos de ações, uma destinada aos alunos do Ensino Secundário, outra aos alunos
do terceiro ciclo do Ensino Básico, os Laboratórios Abertos Júnior, e uma outra destinada a alunos do
primeiro ciclo do Ensino Básico, os Laboratórios Abertos Kids. Este volume reune os textos
correspondentes a estes três conjuntos de atividades para que possam ser recordados por quem nos
visitou mas também utilizados por todos os que se interessarem por estes temas.
A edição de 2017 dos Laboratórios Abertos do Departamento de Engenharia Química do Técnico teve
lugar entre 2 e 5 de Fevereiro na Torre Sul no Instituto Superior Técnico.
Nesta edição dos “Laboratórios Abertos 2017”, para alunos do Ensino Secundário, manteve-se o
formato de uma palestra temática, proferida por Engenheiros, Cientistas e Professores, seguida de um
conjunto de atividades experimentais.
Nesta primeira secção deste volume incluem-se os resumos de todas palestras que cobrem um vasto
conjunto de domínios que estão abertos aos Químicos, Engenheiros Químicos, Engenheiros de
Materiais ou afins, que vão desde a fabricação de medicamentos até às relações entre a Química e a
arte, ao desenvolvimento de materiais para painéis solares ou à importância da Química no Ártico.
Plásticos Luminosos e Painéis Solares
Ana Charas
Instituto de Telecomunicações, Instituto Superior Técnico, Av. Rovisco Pais, 1, 1049 - 001 Lisboa,
Portugal
Polímeros que são condutores elétricos e emitem luz
Polímeros são moléculas constituídas por várias unidades que se repetem e estão ligadas entre si por
ligações químicas, do tipo “ligação covalente”. O termo “polímero” tem origem grega; “Poly” significa
“muitos” e “mero” significa “parte”. As “muitas partes” ligadas arranjam-se em cadeias compridas e
por isso os polímeros são macromoléculas.
Os polímeros mais conhecidos, em termos de utilizações no dia-a-dia, são plásticos, como os usados
em sacos de compras (polietileno), em roupas (poliéster e nylon) e em inúmeros e variadíssimos
artigos, desde revestimentos para a construção civil até lentes de contacto. Muito importantes são
também os polímeros de origem natural, como a borracha natural, a celulose e o algodão.
Os polímeros «tradicionais» são caracterizados pelas suas boas propriedades mecânicas, pela sua
resistência à corrosão e pelo seu carácter de isoladores elétricos e, por isso, alguns até são utilizados
em eletrónica, como revestimentos de metais.
Em 1977, três investigadores, Alan Heeger, Alan MacDiarmid e Hideki Shirakawa, realizaram uma
descoberta excecional acerca de um polímero – o poliacetileno [1] (Figura 1). Estes investigadores
mediram condutividades elétricas no poliacetileno semelhantes às de metais, como o cobre, quando
introduziram certos aditivos. Em 2000, o prémio Nobel da Química foi para os três cientistas “pela
descoberta e desenvolvimento dos polímeros condutores”. As cadeias do poliacetileno são muito
simples; são compostas por átomos de carbono ligados por ligações simples e duplas que se alternam.
Figura 1 – Fórmula estrutural do poliacetileno (configuração “trans”).
Na realidade, as ligações são muito semelhantes, mas as simples são um pouco mais compridas e as
duplas um pouco mais curtas. Os polímeros com uma estrutura de ligações simples e duplas alternadas
chama-se “polímeros com conjugação ” ou simplesmente “polímeros conjugados”. Numa cadeia
conjugada, os eletrões que formam a dupla ligação podem saltar entre os átomos de carbono vizinhos,
obtendo-se assim eletrões em movimento, isto é; uma corrente elétrica, se os eletrões se deslocarem
numa direção.
O interessante é que é possível criar facilmente um número elevado de eletrões móveis nos polímeros
conjugados através de vários processos. Por exemplo, por reações de oxidação e redução (em que que
se removem ou adicionam eletrões às cadeias, respetivamente) ou reações ácido-base, mas também
utilizando iluminação com luz visível, como a luz do sol, embora neste último caso, seja necessário um
passo adicional para que resultem eletrões móveis.
A geração de condutividade elétrica causada por iluminação permite que os polímeros conjugados
possam ser utilizados para converter energia solar em elétrica, em células fotovoltaicas. Por outro
lado, a via oxidação-redução pode levar à formação de cargas positivas e negativas nas cadeias que,
devido à sua mobilidade, podem chegar a encontrar-se, dando origem a estados de carga total nula
(estados excitados neutros). Apesar de neutros, estes estados designam-se por “estados excitados”
pois resultaram de uma «ativação» (excitação) ao polímero. Os estados excitados podem perder a sua
energia em excesso, na forma de fotões, isto é, por emissão de luz. Por outras palavras, a injeção de
cargas de sinal oposto no polímero, devido a reações de oxidação e redução, resulta em emissão de
luz. Este processo é designado por eletroluminescência.
A eletroluminescência foi observada pela primeira vez num polímero conjugado em 1990 [2], num
laboratório em Cambridge (Laboratório Cavendish, Reino Unido) e representou o segundo marco
importante na investigação destes polímeros, pois impulsionou aplicações em dispositivos eletrónicos
com enorme mercado mundial, como os ecrãs luminescentes conhecidos como OLED (Organic Light
Emitting Diodes).
A sua preparação e modos de aplicação
O primeiro polímero em que o fenómeno de eletroluminescência foi observado foi o poli(para-
fenileno-vinileno) (PPV). Este polímero emite luz verde e pode ser utilizado a partir de soluções de um
seu precursor em metanol (Figura 2). Aqui reside uma grande vantagem dos polímeros conjugados
face aos materiais condutores tradicionais; podem ser utilizados em solução utilizando solventes
comuns. Permitem, por isso, que se utilizem técnicas muito baratas para a sua deposição, como
impressoras de jato de tinta e de rolo.
Figura 2 – Fórmula estrutural do polímero PPV e do seu precursor. Solução do precursor em metanol.
Após a exploração do PPV, foi necessário preparar polímeros que emitissem luz de cores diferentes,
dada a sua potencial aplicação em ecrãs luminescentes, e também mais solúveis, de forma a evitar
recorrer a soluções de intermediários. Esta última característica é facilmente conseguida se se
ancorarem cadeias longas e flexíveis, como grupos laterais, às cadeias conjugadas. O polímero
conhecido por MEH-PPV, por exemplo, é análogo ao PPV, mas contém dois grupos laterais por unidade
repetitiva, o que aumenta a flexibilidade do polímero e lhe confere solubilidade em solventes como o
clorofórmio, tolueno, etc. (Figura 3). O MEH-PPV também difere do PPV nas propriedades óticas, pois
emite luz na região do laranja. Tal é também devido às diferenças de composição química ou
estruturais das suas cadeias, em relação às do PPV. Os grupos laterais do tipo “alcóxido” em que os
átomos de oxigénio estão ligados diretamente às cadeias conjugadas têm um efeito indutor de
eletrões no sistema que resulta numa diferença menor entre a energia do polímero no estado
excitado e no estado fundamental. Esta diferença menor traduz-se em luz emitida de menor energia,
isto é, laranja (a luz verde é de maior energia que a laranja, assim como a luz ultravioleta é de maior
energia que a luz infravermelha).
Figura 3 - Fórmula estrutural e solução do polímero MEH-PPV.
Com base em estratégias semelhantes, mas também um pouco mais complexas, têm sido preparados
inúmeros polímeros conjugados diferentes, com propriedades muito diversas, desde emissão de luz
de várias cores, solubilidade variada e potenciais de oxidação e redução diferentes. Os polímeros
conjugados tornaram-se uma nova e importante classe de materiais para a eletrónica (a chamada
“Eletrónica de plástico”).
Após a polimerização, em que as cadeias conjugadas são formadas, é necessária a purificação das
mesmas de vários contaminantes, monómeros por reagir, cadeias muito pequenas, catalisadores e
outros reagentes. A purificação adequada é crucial, pois a presença de impurezas, mesmo em baixa
quantidade, ou de cadeias de comprimento muito diferente, pode afetar a condutividade elétrica e as
propriedades luminescentes do polímero. Em geral, a purificação começa com a precipitação num mau
solvente. Uma vez que as cadeias maiores são mais insolúveis estas precipitam enquanto as cadeias
mais pequenas, mais solúveis, ficam em solução, juntamente com monómeros que não reagiram,
catalisador e outros reagentes. O precipitado recolhido é então dissolvido num bom solvente e a
solução é novamente adicionada a um volume grande de mau solvente. Este processo de precipitação
– dissolução - precipitação é repetido algumas vezes. Por fim, tipicamente, o precipitado obtido é ainda
purificado num extrator de Soxhlet (Figura 4). Neste processo, o polímero é lavado com um mau
solvente sucessivas vezes. Este é um processo de extração sólido-líquido em que o solvente (líquido)
extrai as cadeias mais solúveis. É possível obter assim polímeros com suficiente pureza para aplicações
em eletrónica.
Figura 4 – Processo de purificação dos polímeros conjugados (um ciclo): precipitação–filtração–dissolução
(esquerda). Após vários ciclos, o produto é lavado num extrator de Soxhlet (direita).
Aplicações em ecrãs luminescentes
Os “componentes ativos” dos ecrãs luminescentes baseados na tecnologia OLED são dispositivos com
muitas camadas finas (com menos de 1 micrómetro de espessura cada, isto é, menos de 0,001 mm)
depositadas por cima umas das outras. Basicamente, num OLED de estrutura simples, a camada de
polímero eletroluminescente é depositada por cima de um substrato que contém um material que
serve de elétrodo e por cima do polímero é depositado outro elétrodo (Figura 5). Pode dizer-se que é
uma estrutura em “sandwich” em que o polímero está situado entre dois elétrodos diferentes. Se
aplicarmos uma diferença de potencial adequada entre os dois elétrodos é possível oxidar o polímero
(isto é, criar cargas positivas) junto de um dos elétrodos e reduzir o polímero (isto é, criar cargas
negativas) junto do outro elétrodo. Como já referido, essas cargas possuem alguma mobilidade e por
isso podem encontrar-se, especialmente de aplicarmos um campo elétrico que favoreça o seu
movimento para o elétrodo de sinal oposto. As cargas de sinal oposto quando se encontram numa
cadeia conjugada, formam estados excitados que podem resultar em emissão de luz, como já foi
referido (Figura 5).
A superioridade dos LEDs de polímero relaciona-se principalmente com a possibilidade de depositar a
camada de polímero como se se tratasse de uma tinta, recorrendo, por exemplo, a impressoras, e
sobre suportes flexíveis e dobráveis, como plásticos. Imagine-se por exemplo um televisor que se pode
dobrar como um saco de plástico, e guardar numa gaveta. Já existem ecrãs de OLED no mercado, mas,
apesar de finos e curvos, ainda existem problemas por resolver até chegar a produtos que beneficiem
totalmente das propriedades únicas dos polímeros.
Figura 5 – Estrutura de um dispositivo OLED e OLED flexível de PPV com emissão de luz verde.
Aplicações em células solares
Uma célula fotovoltaica que utiliza um polímero conjugado para captar a luz do sol é uma estrutura
muito semelhante a um OLED, na qual a camada que contém o polímero se encontra também entre
dois elétrodos diferentes. No entanto pode dizer-se que funciona «ao contrário», isto é: o OLED gera
luz por injeção de cargas elétricas e a célula solar gera corrente elétrica por ação de luz (Figura 6). No
caso da célula solar, o estado excitado é causado pela luz do sol, isto é; o polímero absorve fotões da
luz do sol, o que leva a transições de eletrões que correspondem a cargas negativas e cargas positivas
nas cadeias. O problema é que, devido à sua proximidade, estas cargas não estão móveis e, como tal,
não é possível extrair diretamente uma corrente elétrica do dispositivo. É necessário por isso
incorporar, junto do polímero, um segundo composto (que também pode ser um polímero conjugado)
que favoreça a separação dos estados excitados em cargas «livres». No processo de separação,
tipicamente o polímero funciona como o doador de eletrões e o outro material como o aceitador. Uma
vez separadas, é possível «recolher» as cargas para o circuito exterior através dos elétrodos, obtendo-
se uma corrente elétrica. Analogamente ao fabrico dos OLEDs, é possível fabricar células solares de
polímero utilizando impressoras e produzir painéis solares flexíveis e muito leves «a metro».
É muito provável que, nos próximos anos, dispositivos como estes atinjam os níveis de eficiência
desejáveis para serem comercializados em grande escala e possamos usufruir mais e melhor da energia
solar.
Figura 6 - Estrutura de uma célula solar orgânica e várias células depositadas num suporte flexível.
Referências
[1] H. Shirakawa, E.J. Louis, A.G. MacDiarmid, C.K. Chiang, A.J. Heeger, J. Chem. Soc. Chem. Commun.
(1977) 578.
[2] J.H. Burroughes, D.D.C. Bradley, A.R. Brown, R.N. Marks, K. MacKay, R.H. Friend, P.L. Burns, A.B.
Holmes, Nature 347 (1990) 539.
Amor & Química:
Uma visão sobre a Hipótese Psicoquímica
João Paulo Telo
Departamento de Engenharia Química, Instituto Superior Técnico, Av. Rovisco Pais, 1049-001 Lisboa
Serão o amor e as emoções controlados pela química?
Os Alquimistas consideravam que toda a matéria tinha uma componente espiritual e vice-versa. A
Hipótese Psicoquímica sugere que a maioria das emoções humanas, mesmo as consideradas mais
sublimes como a paixão, o amor, o afeto, assim como o bem-estar emocional e a animosidade, são
controladas por substâncias químicas produzidas no cérebro chamadas neurotransmissores.
A sexualidade dos insetos e de alguns animais superiores é controlada por Feromonas (aromas). A
fêmea do bicho-da-seda produz o químico Bombykol para atrair os machos, por exemplo. O mesmo
acontece nalguns mamíferos. O gato almiscarado africano marca o território com o químico Civetona,
um aroma "musk" (almíscar em português) usado em perfumaria. Foi relatado que fotógrafos da
natureza espalham o perfume " Obsession For Men" (Calvin Klein) para atrair jaguares e assim melhor
os fotografar. Este perfume contém Civetona, o que lhe dá as notas de "musk", e aparentemente esses
felinos usam o seu apurado faro para detetar e caçar o gato almiscarado. [1]
Bombykol Bicho-da-seda (Bombyx mori) Civetona Gato Almiscarado
Africano (Civettictis civetta)
Apesar dos esforços da indústria dos perfumes, nunca foi descoberta uma feromona humana. Nos
humanos, o principal estimulador da paixão amorosa parece ser a visão e não o olfato.
Hipótese Psicoquímica (HPC) e neurotransmissores.
Paixão, amor, afeto, bem-estar emocional, animosidade, etc, são controlados por neurotransmissores,
que são moléculas endógenas que permitem a comunicação entre neurónios e entre estes e outras
células. A descoberta da neurotransmissão química na 1ª metade do sec. XX mudou o paradigma do
“cérebro elétrico” para um “cérebro químico”. A produção e a quantidade de um dado
neurotransmissor afeta e condiciona o nosso comportamento e as nossas emoções. Entre os vários
neurotransmissores envolvidos no prazer e no bem-estar encontram-se aminoácidos, como o ácido
gama-aminobutírico (GABA), óxido nítrico (N=O), neuropéptidos como a oxitocina e várias
neuroaminas.[2]
Oxitocina
Durante o parto são produzidas grandes quantidades de Oxitocina. Esta molécula induz a entrada em
"trabalho de parto", aumenta a lactação e, segundo a Hipótese Psicoquímica, é responsável pelo afeto
mãe-filho. Há também produção de neuroaminas durante o parto e a aleitação. Isto pode ter resultado
de um mecanismo biológico adaptativo de proteção da espécie, já que quanto maior a "paixão" entre
a mãe e o filho, mais hipóteses a cria tem de ser protegida pelos progenitores em caso de perigo.
Contudo, níveis elevados de oxitocina ou neuroaminas causam ansiedade, obsessões e paranóia. Será
o amor uma "obsessão"?
“Mães recentes têm mais sintomas de obsessão e compulsão” (Diário de Notícias, 6 de
Março de 2013). “As mães recentes (…) têm mais sintomas de obsessão e compulsão que a
população em geral, indicou um estudo. Os investigadores descobriram que 11 por cento
das mulheres entre as duas e as seis semanas depois do parto experimentam significativos
sintomas obsessivo-compulsivos, em comparação com dois a três por cento da população
em geral.”
Há também produção de oxitocina, mas principalmente de neuroaminas, durante a fase da paixão
amorosa. As neuroaminas têm normalmente um efeito excitante, e são responsáveis por sintomas
como o elevado ritmo cardíaco, falta de atenção e ansiedade, durante a fase de paixão amorosa. Tal
como algumas drogas estruturalmente semelhantes (ver abaixo), são aditivas, e a eventual diminuição
da sua produção causa uma espécie de “ressaca” (depressão, irritabilidade) na ausência do objeto da
paixão (saudade). Há também um efeito de saturação, já que ao fim de algum tempo precisamos
maiores quantidades de neuroaminas para manter os mesmos efeitos, pelo que eventualmente
“desapaixonamo-nos”. Este efeito também explica a "depressão pós-parto", a qual resulta de alguma
maneira de uma "ressaca" devido à diminuição abrupta de produção de neurotransmissores. Mas os
românticos podem ficar descansados: nas relações de longo prazo (amor ?) o perfil químico dos
neurotransmissores muda, sendo produzidas menos neuroaminas, mas mais oxitocina. Esta não é um
excitante, tem até efeitos calmantes. Verificou-se que a administração de oxitocina durante uma
discussão violenta ou em momentos de stress acalma e reduz os
conflitos. [3]
Quando uma pessoa faz festas a um cão há libertação de oxitocina em
ambos, o que resulta numa diminuição da tensão arterial.[4]
Neuroaminas
Neuroaminas são uma classe de neurotransmissores sintetizados nas células do sistema nervoso
central (SNC) a partir dos aminoácidos aromáticos (componentes das proteínas) através da enzima
AAAD. A neuroamina estruturalmente mais simples é a Fenetilamina (2-feniletilamina, PEA). A PEA
promove o afeto nas relações e o bem-estar emocional, estando também implicada no bem-estar físico
depois da prática de exercício. [5]
É metabolizada pela enzima MAOB (MonoAmina Oxidase) e excretada na forma de ácido fenilacético
(ou melhor, do seu anião fenilacetato). Existem duas formas de MAO, uma que atua rapidamente (a
MAOB), e outra de efeito mais lento (MAOA). A PEA é metabolizada pela MAOB, sendo o seu tempo de
meia vida no organismo da ordem dos minutos. São, portanto, infundadas as alegações que a presença
de PEA no chocolate e noutros alimentos é responsável pelo bem-estar físico depois da sua ingestão.
Para além disso a PEA não atravessa a barreira sangue-cérebro, pelo que os seus efeitos no sistema
nervoso central seriam mínimos, mesmo se a concentração no plasma sanguíneo fosse significativa.
Várias neuroaminas são sintetizadas in vivo a partir do aminoácido Tirosina. A Dopamina está envolvida
no sentimento de felicidade e na motivação para a aprendizagem. Baixos níveis de Dopamina resultam
em pouca “alegria de viver”, falta de sentido de aventura e estão envolvidos na Doença de Parkinson
(para a qual o L-DOPA é um medicamento comum) e na hiperatividade nas crianças. Contudo, altos
níveis de Dopamina levam a comportamentos obsessivos, esquizofrenia e paranoia. A Adrenalina e a
Noradrenalina são hormonas de “stress”, ativadas pelo medo ou excitação. Aumentam o ritmo
cardíaco, a produção de glucose, o fluxo de sangue nos músculos e a oxigenação do cérebro. Baixos
níveis de Noradrenalina causam depressão. A adrenalina, tal como a maioria das
neuroaminas, é algo aditiva. A habituação a altos níveis de adrenalina ("adrenaline
junkies") explica certos comportamentos, como a
prática compulsiva de desportos radicais (na figura:
"bungee jumping") e a permanente procura de
situações violentas e hooliganismo (cena do filme "a
laranja mecânica" de Stanley Kubrik).
A Serotonina é derivada do aminoácido triptofano e regula o humor, o sentimento de felicidade, o
apetite e o sono. Está também envolvida nalgumas funções cognitivas, como a memória e a
aprendizagem.
Aminas exógenas ativas no Sistema Nervoso Central
Como afirmado acima, a PEA é rapidamente metabolizada e penetra mal a barreira sangue-cérebro
por ser demasiado polar, pelo que a sua administração oral ou mesmo intravenosa pouco efeito teria
ao nível do sistema nervoso central. Embora estruturalmente muito semelhante, tal não acontece com
a Anfetamina, a qual é um potente estimulante do sistema nervoso central quando administrada
oralmente. Os seus efeitos incluem euforia, ansiedade, aumento da concentração e da autoestima,
mas também irritabilidade, comportamentos obsessivos, paranóia e psicoses. É também um potente
anorético (reduz a fome).
Vários derivados da anfetamina são utilizados como drogas de abuso (ilegais). A metanfetamina (N-
metilanfetamina, "crystal meth") é uma das drogas de abuso mais frequentes, com resultados física e
socialmente catastróficos para os seus utilizadores. O MDMA ("ecstasy"), a chamada "droga do amor",
é um estimulante que aumenta a empatia interpessoal, a emotividade e a sensibilidade. Induz euforia,
sentido de intimidade e diminui a ansiedade. É frequente os utilizadores desta droga ilegal fazerem
declarações apaixonadas e despropositadas a desconhecidos. Note-se a semelhança entre a estrutura
do MDMA e da Dopamina.
"A garantia é de Katie Anderson, investigadora da Universidade South Bank, em Londres, que diz que o MDMA,
a "droga do amor", como também é conhecida, proporciona uma aproximação do casal a ponto de deixar de
haver segredos ou assuntos tabu. Falta desenvolver uma versão legal e terapêutica"
Uma característica estrutural comum às neuroaminas endógenas (produzidas no organismo) e às
anfetaminas é a ocorrência de um anel aromático (benzeno ou outro) separado de um átomo de azoto
por dois átomos de carbono. Muitos compostos naturais contendo azoto (alcalóides) que possuem
esta característica estrutural são ativos no sistema nervoso central, isto é, são psicoativos.
O Khat (Catha edulis) é uma planta originária da Etiópia e península arábica que contém o alcalóide
Catinona, um estimulante semelhante à anfetamina que causa excitação e euforia. O hábito de mascar
Khat é comum (e legal) no Yemen. A partir de 2003 apareceu no mercado ilegal um derivado sintético
da Catinona mais potente, a Mefedrona ("Bloom"). O abuso desta droga resultou em inúmeros casos
de psicoses graves e irreversíveis. Há, contudo, derivados da Catinona de uso clínico, como o
antidepressivo Bupoprion.
Existem também alcaloides psicoativos semelhantes à Serotonina, como a Psilocina, presente nalguns
tipos de cogumelos, e a Dimetiltriptamina, que ocorre em várias plantas. São alucinogénicos fortes,
mas, tal como a PEA, são metabolizados rapidamente pela MAOB. O Ayahuasca é uma cerimónia
religiosa tribal originária da América do sul, onde xamãs tomam uma mistura de duas ervas que induz
um estado alucinogénico que "permite" aos envolvidos falar com os deuses. Curiosamente, apenas
uma das ervas contém Dimetiltriptamina, vindo os químicos a descobrir que a outra contém Harmina,
um inibidor da MAO.
Conclusão e polémica
A hipótese psicoquímica afirma que as nossas emoções, incluíndo as consideradas mais sublimes como
o amor, a paixão e o afeto, são controladas pela química. Como o metabolismo destes
neurotransmissores é comum pelo menos aos mamíferos superiores, podemos inferir que os
sentimentos que eles provocam também o são. Uma chita amará tanto os seus filhos como uma
mulher? Alguns animais são monógamos absolutos, isto é, têm apenas um parceiro sexual durante
toda a vida, coisa que, todos o sabemos, não acontece com a maioria dos humanos. O que os une será
o mesmo amor que, no nosso caso, é cantado pelos poetas? Há grandes objeções a esta ideia, a maioria
de origem religiosa, já que na maioria das religiões o Homem é considerado um ser superior aos
restantes animais. Mas também da parte dos "românticos incuráveis". Mas não será o Homem
dominado pela natureza, quase escravo das suas pulsões naturais, uma das essências do ideal
Romântico?
Referências
[1] http://blogs.scientificamerican.com/thoughtful-animal/2013/10/10/youll-never-guess-how-biologists-lure-jaguars-to-camera-traps/
[2] S. Shaik, "Chemistry—A Central Pillar of Human Culture", Angew. Chem. Int. Ed. 2003, 42, 3208.
[3] Kirsch P, Esslinger C, Chen Q, Mier D, Lis S, Siddhanti S, Gruppe H, Mattay VS, Gallhofer B, Meyer-Lindenberg A (December 2005). "Oxytocin modulates neural circuitry for social cognition and fear in humans". The Journal of Neuroscience. 25 (49): 11489–93.
[4] Kuchinskas Susan, "The Chemistry of Connection: How the Oxytocin Response Can Help You Find Trust, Intimacy, and Love", p65.
[5] A. Szabo, E. Billett, J. Turner, Br. J .Sports Med. 2001, 35, 342.
Sublimando a Química com a Arte
José Armando Luísa da Silva
Centro de Química Estrutural, Departamento de Engenharia Química, Instituto Superior Técnico,
Universidade de Lisboa, Av. Rovisco Pais 1, 1049-001 Lisboa.
Introdução
Em Química, o conceito «sublimação» corresponde a uma mudança de fase entre os estados sólido e
gasoso, sem passar pelo líquido. Por outro lado, «sublime» nas Artes está relacionado com a
experiência de prazer transmitida através da perceção. Uma sensação comparável pode ocorrer na
demanda do conhecimento em Química e por inter-relações entre as Artes e a Química procurar-se-á
aprofundar essa via.
Embora as artes e as ciências sejam muitas vezes consideradas como culturas distintas, [1] ambas
exigem treino, pesquisa e capacidade de relacionar temas para as suas realizações, [2] além de serem
fruto da criatividade humana, portanto, têm confluências. De seguida, serão abordados alguns
exemplos mais concretos de cruzamento entre um domínio mais restrito da Ciência, a Química, e as
Artes.
Cruzamentos
As Artes têm sido utilizadas como ferramentas auxiliares em diferentes níveis na aprendizagem de
Química, geralmente para domínios específicos, como sumariamente se exemplifica, pela música, [3,4]
ópera, [5] banda desenhada, [6,7] literatura [8-10] e cinema. [11] Este tipo de cruzamento é
relativamente recente, resultando da progressiva massificação da Educação; porém, outras situações
comprovam que a Química as Artes se têm inter-relacionado ao longo da História.
Comecemos pelas «Corporações de Ofícios» que foram surgindo a partir da época medieval. No
respeitante, às ligadas à pintura (na criação de obras artísticas), a aprendizagem passava pela
preparação de pigmentos, o que requeria conhecimentos, na altura empíricos, daquilo que atualmente
são do domínio da Química. Por outro lado, nos primórdios da Fotografia eram necessários
conhecimentos mais ou menos empíricos, na escolha dos materiais para fixar a imagem, acerca de
Fotoquímica, isto é, reações químicas promovidas pela luz, as quais precisavam também de ser
estabilizadas para que o efeito obtido fosse guardado, ou seja, era fundamental conhecer como
controlar a reatividade dos materiais escolhidos. Nesta mesma linha, refira-se ainda o Impressionismo
como corrente artística em alguns domínios; no caso da Pintura, os trabalhos do químico centenário
Michel Eugène Chevreul influenciaram esta corrente artística. Este cientista verificou que duas cores
distintas podem causar na nossa perceção um efeito diferente do de cada uma delas. Os pintores
impressionistas usavam cores puras colocadas ao lado uma da outra para que a sua fusão ocorresse
apenas ao nível do observador.
Outro tipo de cruzamentos são conhecidos e a concretização de algumas obras de arte pode ter sido
estimulada pela experiência científica, como aconteceu com Elias Canetti, doutorado em Química e
Prémio Nobel da Literatura em 1981. Este autor mencionou no seu livro de ensaios [12] a importância
da sua atividade científica para ter sido escritor.
Chegou o momento de olharmos à nossa volta e verificarmos que a Natureza é pródiga em exemplos
relacionados com criações artísticas, e que a Química e outros domínios científicos ajudam a
entendê-los. Assim, as conchas dos Nautilus têm sido consideradas um símbolo de beleza. [13] A sua
formação tem como base das suas proporções a sequência de Fibonacci, permitindo ao organismo
crescer sem alterar a sua forma, ou seja, com poupança energética. Note-se que esta relação no
âmbito da matemática tem estado associada ao longo dos séculos com várias expressões artísticas,
como a pintura, a arquitetura ou a música. [14-16] Regressemos à Química! As conchas são
maioritariamente constituídas por aragonite, um dos polimorfos dos minerais de carbonato de cálcio,
apesar de a calcite ser termodinamicamente mais estável; desta maneira, os Nautilus desenvolvem ao
longo das suas vidas uma estrutura melhor adaptada ao meio e, para tal, optam pelo polimorfo mais
apropriado. O conhecimento destas vias de síntese são desafios que podem permitir novos
conhecimentos na Ciência dos Materiais que na atualidade se expande na confluência com a Química.
Um outro exemplo advém da laca que é obtida da árvore Toxicodendron vernicifluum (Stokes) F.
Barkley. Este produto tem sido usado na China desde há mais de 3.300 anos para revestimento de
madeira, bambu, etc. A cobertura dos materiais por esta substância torna-os resistentes a ácidos e
bases fortes, a temperaturas até 200°C, a bactérias e insetos. Além disso, a laca é insolúvel na maioria
dos solventes, incluindo a água. As características da laca dão aos materiais graciosidade, uma longa
duração e poderem ser recuperados após algumas catástrofes, como as inundações, por terem uma
barreira protetora (a laca) à ação da água. A sua utilização estendeu-se para outros países e um deles
foi o Japão. Aí nasceu a arte Namban (termo que significa «bárbaros do Sul», e que foi cunhado após
a chegada dos portugueses aos portos do Sul do Japão no século XVI). Esta corrente artística criou
objetos que retratavam a vida comum, em contraste com os produzidos anteriormente. Por isso,
dão-nos informações acerca do encontro das duas culturas, como seja, nos diferentes estilos de
vestuário, [17] tal como a laca pode ser encarada tanto pela visão artística, assim como pela científica.
Nesta há uma questão pertinente: como seca a laca? Por vezes, é erroneamente admitido que é por
evaporação. Na realidade, é preciso referir a enzima lacase (cuja designação parte do étimo laca), EC
1.10.3.2. Esta metalobiomolécula contém um centro multinuclear de cobre que catalisa a oxidação de
fenois (ou compostos relacionados, incluindo difenois) com a redução de O2 a H2O, segundo a Figura
1.
Figura 1. Reação de lacase usando um difenol como substrato
A secagem da laca é devida à atividade da enzima na presença de O2, através de um mecanismo de
polimerização (o qual permite formar camadas com as propriedades descritas acima) que requere a
formação de radicais químicos (isto é, espécies químicas com uma ou mais orbitais de valência só com
um eletrão). Como o cobre muda seu estado de oxidação em apenas uma unidade (ou seja, envolvendo
só um eletrão) a sua participação na reação favorece esse tipo de mecanismo [18] e, na sequência,
produz-se o efeito que conhecemos.
Passando para o domínio da saúde, é sabido que um excesso de ácido úrico nos seres humanos leva à
gota, uma doença resultante da precipitação desregulada de urato de sódio nas articulações,
produzindo-se uma resposta inflamatória e grandes dores nas regiões afetadas do organismo [19]
como a pintura The Gout [20] de James Gillray (1799) parece sugerir. Esta doença era considerada
como típica de gente rica e poderosa, e seria causada por seu consumo excessivo de alimentos caros,
como marisco e carne (cujo teor de compostos químicos associados com os substratos da enzima é
significativo). Esse facto inspirou artistas, como George Cruikshank (1792-1878) que representou
ironicamente o Rei George IV, um paciente sofrendo de gota, em algumas das suas atividades diárias.
[21] A isto está associado a um elemento químico (molibdénio), vestigial no ser humano, que ocorre
na oxidase da xantina, EC 1.17.3.2, e atua no catabolismo das purinas, ver Figura 2; no entanto, pode
também formar ácido úrico. Apesar da importância metabólica da enzima, esta pode causar efeitos
nocivos caso atue de modo desregulado.
Figura 2. Reações da oxidase da xantina
Comentários finais
Pelos exemplos anteriores há diversas zonas de confluência entre a Química e as Artes. A racionalidade
é também requerida na abordagem artística, tal como a beleza pode acompanhar a Química e, em
alguns momentos, estaremos como na transição impercetível entre a água e o céu ou mais
especificamente entre o pássaro e o peixe em Sky and Water I, 1938, M. C. Escher. [22] Todavia, a
nossa forma de encarar as situações não deve ser confundida com a realidade, tal como o fez a figura
mitológica de Pigmaleão que desencantado com amor, esculpiu uma mulher ideal e apaixonou-se pela
sua criação artística. Este mito tem inspirado vários artistas, como Bernard Shaw, cujo «Pigmaleão» foi
adaptado para um musical e um filme, My Fair Lady, no qual o professor Henry Higgins dá aulas de
dicção e regras de etiqueta à florista Eliza Doolittle, achando que a transformaria numa senhora da
alta sociedade. Aprender Química cruzando-a com as Artes, ou vice-versa, é algo que deve ser
incrementado, mas através de meios demasiado simplistas o resultado pode ser inadequado, tal como
acontece pela aplicação do mito de Pigmaleão nas vertentes referidas acima.
Referências
[1] A.T. Schwartz, Chemistry education, science literacy, and the liberal arts. 2007 George C. Pimentel Award, J. Chem. Educ. 84 (2007) 1750-1756.
[2] E. Kolijn, Observation and visualization: reflections on the relationship between science, visual arts, and the evolution of the scientific image, Anton. Leeuw. Int. J. G. 104 (2013) 597-608.
[3] H.W. Kohn, Chemistry and music, J. Chem. Educ. 49 (1972) 728-729.
[4] A.M. Last, Combining chemistry and music to engage students’ interest. Using songs to accompany selected chemical topics, J. Chem. Educ. 86 (2009) 1202-1204.
[5] J.P. André, Opera and poison: a secret and enjoyable approach to teaching and learning chemistry, J. Chem. Educ. 90 (2013) 352-357.
[6] P. Di Raddo, Teaching chemistry lab safety through comics, J. Chem. Educ. 83 (2006) 571–573.
[7] D. Kennepohl, H.W. Roesky, Drawing attention with chemistry cartoons, J. Chem. Educ. 85 (2008) 1355-1360.
[8] T.G. Waddell, R.R. Sanderlin, Chemistry in "Moby Dick", J. Chem. Educ. 63 (1986) 1019–1020.
[9] R.E. Southward, W.G. Hollis Jr., D.W. Thompson, Precipitation of a murder: a creative use of strychnine chemistry in Agatha Christie’s The Mysterious Affair at Styles, J. Chem. Educ. 69 (1992) 536–537.
[10] C.A. Lucy, Analytical chemistry: A literary approach, J. Chem. Educ. 77 (2000) 459–470.
[11] J.G. Goll, B.J. Woods, Teaching chemistry using the movie Apollo 13, J. Chem. Educ. 76 (1999) 506–508.
[12] E. Canetti, Das Gewissen der Worte, Carl Hanser Verlag, München, Wien, 1975.
[13] https://pixabay.com/p-1079783/?no_redirect (acedido em janeiro de 2017)
[14] S.K. Rath, P.C. Naik, Fibonacci structure in conch shell, Curr Sci 88 (2005) 555-557.
[15] R.R. Velázquez-Castillo, J. Reyes-Gasga, D.I. García-Gutierrez, M. Jose-Yacaman, Crystal structure characterization of nautilus shell at different length scales, Biomaterials 27 (2006) 4508-4517.
[16] S. Marinković, P. Stanković, M. Štrbac, I. Tomić, M. Ćetković, Cochlea and other spiral forms in nature and art, Am J Otolaryngol 33 (2012) 80-87.
[17] http://web-japan.org/museum/byobu/byobu04/byobu042.jpg (acedido em janeiro de 2017)
[18] A.M. Mayer, R.C. Staples, Laccase: new functions for an old enzyme, Phytochemistry 60 (2002) 551-565.
[19] T. Nishino, K. Okamoto, Mechanistic insights into xanthine oxidoreductase from development studies of candidate drugs to treat hyperuricemia and gout, J Biol Chem 20 (2015) 195-207.
[20] http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/b/b8/The_gout_james_gillray.jpg (acedido em janeiro de 2017)
[21] E.G.L. Bywaters, Gout in the time and person of George IV: a case History, Ann Rheum Dis 21 (1962) 325-338.
[22] http://en.wikipedia.org/wiki/File:Sky_and_Water_I.jpg (acedido em janeiro de 2017)
A Engenharia Química na Indústria Farmacêutica
Ruben Carvalho
Hovione, Sete Casas, 2674-506 Loures
Engenharia Química
A Engenharia Química é o ramo da Engenharia que combina conhecimentos de Química, de
Matemática, de Física, de Biologia e Informática para investigar, conceber, projetar e operar processos
químicos de transformação de matérias-primas em produtos de valor acrescentado para a sociedade.
Dessa forma, as áreas de atuação dos Engenheiros Químicos são as Industrias Químicas, integradas em
unidades fabris onde ocorrem os referidos processos.
Os produtos provenientes das Indústrias Químicas mais conhecidos são: os combustíveis, os fármacos,
os fertilizantes, o papel, os plásticos, os detergentes, entre outros.
As Saídas Profissionais do Engenheiro Químico
Conforme referido anteriormente, os Engenheiros Químicos atuam preferencialmente nas Industrias
Químicas, onde poderão intervir nas mais diversas áreas, como investigação, projeto, produção,
ambiente, energia, manutenção e controlo de qualidade.
No entanto e tratando-se de uma educação superior multidisciplinar, polivalente e versátil, os
conhecimentos e competências adquiridas são também valorizadas pelos empregadores para áreas de
consultadoria, comércio ou serviços.
Industria Farmacêutica: A Hovione
A Hovione é uma empresa farmacêutica Portuguesa de dimensão global que tem por base a química e
que fornece serviços de Desenvolvimento e Produção para os seus Clientes: Biotechs e Empresas
Farma de especialidade, de média e grande dimensão. É uma empresa familiar, fundada em 1959 com
mais de 1300 colaboradores em todo o mundo.
Figura 1 – Localização da Hovione no Mundo. Fábricas em 3 continentes
Os produtos e serviços da Hovione são os seguintes;
Serviços de Produção – Princípio Ativo, Engenharia de Partícula e Produto Formulado;
Genéricos – Antibióticos, Córtico (esteroides e agentes de contraste);
Licenciamento – TwinCaps, PowdAir e Medicamentos
Figura 2 – Unidade Fabril de Síntese Química da Hovione na Irlanda
Os Engenheiros Químicos na Hovione
Os colaboradores da Hovione dividem-se pelas diversas instalações da empresa da seguinte forma.
Figura 3 – Distribuição de Colaboradores pelos Diversos Países onde existem Unidades da Hovione
Em Portugal, dos 720 colaboradores da Hovione, 167 têm formação superior em Engenharia Química
o que corresponde a cerca de ¼. A distribuição por áreas é traduzida na figura 4.
Figura 4 – Distribuição de Colaboradores pelos Diversos Países onde existem Unidades da Hovione
Por análise da figura 4, podem ser observadas as diversas áreas de intervenção do Engenheiro Químico
numa empresa de referência no sector farmacêutico. Assim, cerca de 37% encontram-se dedicados às
atividades de produção e ~26% estão a trabalhar na investigação e desenvolvimento de produtos.
A diversidade de áreas apresentadas na figura 4 permite também verificar a multidisciplinaridade,
polivalência e versatilidade do Engenheiro Químico até mesmo dentro de uma empresa de Indústria
Química.
61
43
17
15
13
97 2
Produção
Cientista
Gestão
Suporte Operacional
Projecto
Qualidade
Segurança e Ambiente
Manutenção
Permafrost num Ártico em Mudança
João Canário1 e Gonçalo Vieira2
1Centro de Química Estrutural & Departamento de Engenharia Química, Universidade de Lisboa, Av.
Rovisco Pais, 1, Lisboa.
2Centro de Estudos Geográficos, IGOT, Universidade de Lisboa, Rua Branca Edmée Marques, 1600-276
Lisboa.
O Ártico ou Região Ártica, que ocupa uma área com aproximadamente 21 milhões de quilômetros
quadrados, é geralmente definido como aquele onde a temperatura média do mês mais quente é
inferior a 10 ℃ [1]. A outra definição aponta o Ártico como sendo aquela zona circunscrita pelo Círculo
Polar Ártico (Latitude: 66º 33’ 44" N), e contendo o Oceano Ártico e o Pólo Norte [1].
Ao contrário da Antártida que é um continente rodeado de oceano, o Ártico é um oceano amplamente
gelado rodeado de 3 continentes. Esta diferença é fundamental para se perceber, por exemplo, porque
é que a Antártida é mais fria que o Ártico embora ambas as regiões sejam consideradas, como sabido,
Regiões Polares.
Figura 1 - Ártico (esquerda) e Antártida (Fonte: Australia’s Science Channel)
As Regiões Polares são consideradas o ar condicionado do planeta. Estas regiões influenciam a
distribuição de importantes correntes oceânicas e, sobretudo, o clima global. Desta forma, alterações
nas regiões polares produzem efeitos climáticos à escala global.
Devido a serem frias, onde a neve e o gelo dominam a dinâmica ambiental, as Regiões Polares estão
mais suscetíveis aos aumentos de temperatura que se tem registados nas últimas décadas.
Entre os efeitos que este aumento de temperatura tem provocado no Ártico destacam-se, entre
outros, a diminuição da área e da espessura do gelo marinho, a fusão dos calotes de gelo em particular
na Gronelândia, o aumento do caudal dos rios e consequente erosão costeira e a fusão e degradação
do permafrost.
O permafrost, ou solo permanentemente gelado, é definido como solo, sedimento ou rocha que se
encontra a uma temperatura inferior a 0oC, pelo menos durante dois anos consecutivos [2].
A parte superficial do solo acima do permafrost, chama-se a camada ativa, que descongela no verão e
congela no inverno. A espessura desta camada ativa depende de muitos fatores, entre os quais as
características termo-físicas do solo, incluindo o seu teor em água/gelo, a topografia, a temperatura
do ar ou a existência de neve ou de vegetação na superfície.
Figura 2 - Estrutura do permafrost (Fonte: weatherunderground.com)
O permafrost pode ser encontrado no Ártico, na Antártida e também em zonas de montanha nas
latitudes médias, como os Alpes, ou mesmo nas altas montanhas subtropicais. Interessante, é o facto
da composição do permafrost diferir entre as regiões polares: enquanto no Ártico o permafrost é
geralmente extremamente rico em matéria orgânica, na Antárctica o permafrost é muito pobre e
essencialmente mineral. Este fator, que parece irrelevante é na verdade fundamental porque se
considera que as alterações ao permafrost do Ártico poderão ser um importante fator na aceleração
do aquecimento global. Na verdade, algum do carbono armazenado nesse solo esteve “congelado”
por milhares de anos e com o aumento de temperatura começou a estar disponível para ser degradado
pelas bactérias.
A fusão e degradação do permafrost produz uma serie de efeitos nefastos na tundra. Altera a paisagem
e promove a erosão dos terrenos com consequências socioeconómicas muito relevantes. No entanto,
uma das formas mais interessantes, do ponto de vista científico, é a formação dos lagos de termocarso.
Estes lagos formam-se quando o gelo do solo funde e o terreno acaba por abater formando-se um
lago, que consequentemente, como foi dito anteriormente, pode ser muito rico em matéria orgânica.
Figura 3 - Formação dos lagos de termocarso [3]
Ficando este material orgânico disponível, começa com o festim bacteriano que ao consumir este
material, começa a libertar metano e dióxido de carbono para a atmosfera, gases estes, com efeito de
estufa. E assim se inicia um “ciclo vicioso”: mais gases com efeito de estufa, aumento de temperatura,
mais degradação do permafrost, maior formação de lagos, mais libertação de gases com efeito de
estufa, etc. Por estas razões, a química dos lagos de termocarso é extremamente importante, quer a
nível local, quer a nível global.
Figura 4 - Lagos de termocarso estudados por equipas portuguesas no norte do Quebeque (Canadá).
Como foi explicado anteriormente a química dos lagos de termocarso gira à volta da química da
degradação da matéria orgânica. Durante a sua degradação, para além da emissão de gases com efeito
de estufa, a acidez da água dos lagos pode aumentar consideravelmente acompanhada por uma
diminuição significativa da quantidade de oxigénio dissolvido, criando um ambiente anaeróbico. Este
ambiente redutor é ainda mais pronunciado no inverno quando a camada de gelo e neve impedem
que o oxigénio atmosférico se dissolva na água.
As transições entre ambientes ricos e pobres em oxigénio podem ocorrer numa coluna de água de
apenas 1.5 m, o que do ponto de vista químico é um laboratório perfeito para se estudar de que forma
é que as transições entre ambientes num mesmo sistema pode influenciar a química de, por exemplo,
metais dissolvidos na água. Com bases nestes estudos podemos ainda prever se um lago irá emitir
dióxido de carbono ou metano (muito pior para o efeito de estufa) para a atmosfera.
A figura 5 mostra um modelo da química destes lagos e a forma de como a matéria orgânica afeta a
química de outros metais (Me). Embora pareça um esquema complicado é na verdade muito simples.
Figura 5 – Química de metais nos lagos de termocarso
Para além deste aspeto, o estudo da química destes lagos é de grande importância pois a sua água
acaba por drenar para os rios e outros sistemas aquáticos arrastando consigo toda “a sopa” de matéria
orgânica e metais, podendo conduzir à perda de qualidade das águas fluviais e costeiras e
consequentemente produzindo fenómenos de poluição de origem natural.
Assim, as alterações climáticas têm conduzindo a efeitos nefastos no ambiente muito para além do
aumento da temperatura. O efeito sentido no permafrost é muito mais do que a simples degradação
do solo e da paisagem. Desta forma, é importante o seu estudo e fundamentalmente criar modelos
que permitam prever os seus efeitos, quer a nível dos ecossistemas do Ártico quer a nível global. Neste
aspeto, a química e fundamentalmente a química ambiental está a ser uma ferramenta essencial para
conhecer e quantificar a dimensão deste fenómeno.
Referências
[1] International Arctic Science Commitee webpage. http://iasc.info
[2] International Permafrost Association webpage: http://ipa.arcticportal.org
[3] Calmels, F., Allard, M., Delisle, G., 2008. Development and decay of a lithalsa in Northern Québec: A geomorphological history. Geomorphology, 97(3-4), 87-299.
O Mundo dos Cosméticos
Carolina Caldeira Marques
Lecifarma, Loures
Definição e Enquadramento Regulamentar
Um produto cosmético é definido como qualquer substância ou mistura destinada a ser posta em
contacto com as partes externas do corpo humano (epiderme, sistemas piloso e capilar, unhas, lábios
e órgãos genitais externos) ou com os dentes e as mucosas bucais, tendo em vista, exclusiva ou
principalmente, limpá-los, perfumá-los, modificar-lhes o aspeto, protegê-los, mantê-los em bom
estado ou corrigir os odores corporais [1]. Trata-se, assim, de uma definição cumulativa, que conjuga
a zona de aplicação com a função do produto.
Os cosméticos abrangem um espetro muito amplo de produtos em várias categorias, englobando os
produtos de higiene corporal, como sabonetes, geles de banho, champôs, desodorizantes, pastas
dentífricas, e os produtos de beleza, como tintas capilares, vernizes e maquilhagem [2].
Figura 1 – Diferentes categorias de produtos cosméticos
Em Portugal, a Autoridade responsável pela regulação dos produtos cosméticos e de higiene corporal
(PCHC) é o Infarmed (Autoridade Nacional dos Medicamentos e Produtos de Saúde, I.P). É a este
Autoriadade que compete verificar o cumprimento da legislação atual, através da vigilância do
mercado, da realização de inspeções de controlo aos fabricantes / fornecedores e da análise das
notificações efetuadas no portal CPNP (Cosmetic Products Notification Portal) [3]. Assim, o Infarmed
tem por missão regular e supervisionar o mercado dos produtos cosméticos segundo os mais elevados
padrões de proteção da saúde pública, garantindo o acesso dos profissionais de saúde, dos utilizadores
profissionais e dos consumidores a produtos cosméticos de qualidade e seguros [2].
De modo a introduzir um novo PCHC no mercado, é necessária a elaboração de um PIF (Product
Information File). Este consiste num dossier que reúne toda a informação técnica respeitante ao
produto cosmético. Trata-se de um documento obrigatório, de carácter dinâmico que deve ser
mantido actualizado pela Pessoa Responsável, e guardado num lugar seguro durante no mínimo 10
anos após o último lote do PCHC ter sido colocado no mercado. Pode ser solicitado pelas Autoridades
Competentes, devendo ser rapidamente disponibilizado.
O PIF é habitualmente estruturado em quatro categorias principais:
Descrição do produto cosmético;
Relatório de segurança do PCHC;
Descrição do método de fabrico e prova de cumprimento com as BPF (Boas práticas de
fabrico);
Comprovativo dos efeitos alegados.
Um ponto de extrema importância num produto cosmético á a sua rotulagem, uma vez que se trata,
muitas vezes, da única fonte de informação sobre o produto. Esta deverá ser clara e acessível para
todos os consumidores, no idioma oficial do país onde é comercializado. Assim, são obrigatórias as
seguintes menções:
Nome Comercial completo do Produto (incluindo a Marca e a Função);
Nome e endereço da Pessoa Responsável estabelecida na EU;
Conteúdo Nominal, em peso ou volume;
Durabilidade;
Número de lote de fabrico;
País de origem, no caso de produtos importados;
Precauções Especiais;
Lista de Ingredientes.
Para além das menções obrigatórias, existem também proibições no que diz respeito à rotulagem de
produtos cosméticos, como, por exemplo, a menção a indicações terapêuticas ou atividade biocida,
uma vez que os produtos cosméticos não podem possuir estas propriedades.
Também a publicidade a produtos cosméticos é alvo de regulamentação. Assim, as referências
publicitárias não podem ser suscetíveis de induzir o consumidor em erro sobre a função do produto
cosmético ou sobre as suas características.
Cosmetovigilância
Quando aplicados em condições normais ou razoavelmente previsíveis de utilização, os cosméticos
não devem prejudicar a saúde humana. No entanto, caso ocorra algum efeito indesejável após a
aplicação de um produto cosmético, é essencial a sua notificação ao Infarmed, para que esta
informação seja processada e se tomem as medidas necessárias à proteção da segurança dos
consumidores.
Figura 2 – Reação alérgica à aplicação de um produto cosmético
Indústria Cosmética
Todos nós, no nosso dia-a-dia, utilizamos produtos cosméticos, quase sem nos apercebermos. Desde
a pasta de dentes, o creme facial, até ao gel de banho e champô utilizados no banho, são cosméticos
que fazem parte de uma lista de inúmeros produtos que utilizamos na nossa rotina diária.
A distribuição dos produtos cosméticos é realizada maioritariamente através dos canais farmácia,
grandes superfícies e parafarmácias/espaços saúde. No entanto, existem alguns produtos cosméticos
de uso exclusivo em consultório médico que são vendidos apenas directamente aos profissionais de
saúde, nomeadamente os peelings químicos e outros produtos cosméticos acessórios a técnicas
dermatológicas, como o laser, o IPL, a microdermoabrasão, etc. [5].
Os maiores mercados nacionais de produtos cosméticos e de cuidados pessoais na Europa são a
Alemanha (13 mil milhões de euros), o Reino Unido (12,5 mil milhões de euros), a França (11,3 mil
milhões de euros) e a Itália (9,7 mil milhões de euros) [5].
A indústria de cosméticos e cuidados pessoais traz, anualmente, pelo menos € 29 bilhões em valor
agregado para a economia europeia. Assim, esta indústria apoia pelo menos 2 milhões de postos de
trabalho [5].
Figura 3 – Postos de trabalho gerados pela indústria dos cosméticos na Europa
As seguintes categorias de produtos detêm a maior parte do mercado europeu: cuidados com a pele
e produtos de higiene pessoal (19,9 mil milhões de euros), produtos para o cabelo (15 mil milhões de
euros), perfumes (12,1 mil milhões de euros) e cosméticos decorativos (10,7 mil milhões de euros) [5].
A indústria de cosméticos e cuidados pessoais é um sector altamente inovador e orientado para a
ciência, que faz grandes investimentos em R&D (Research and Development) [5].
Conclusões e Desafios Futuros
Uma vez que há, cada vez mais, exigências de qualidade, segurança e eficácia deste tipo de produtos,
têm sido feitas, nos últimos anos, muitas alterações ao enquadramento regulamentar dos PCHC. Há
ainda, no entanto, muitas alterações a fazer, uma vez que os avanços tecnológicos permitem cada vez
mais a produção de produtos cosméticos mais eficazes, com ingredientes com partículas de menor
tamanho, que atingem a derme e a hipoderme, o que contradiz a definição atual de PCHC. Assim, são
urgentes estas alterações regulamentares, de forma que a legislação possa acompanhar o rápido
desenvolvimento tecnológico.
Definições:
Pessoa Responsável: Entidade à qual é imputada a responsabilidade por tudo o que diga respeito ao
produto cosmético dentro da UE. Pode ser o Fabricante, o Importador, caso a origem do produto seja
externa à UE, o Distribuidor, caso este altere a rotulagem do produto (exclui a tradução) ou o
mandatário, devidamente autorizado pelo Fabricante, para o efeito.
Referências:
[1] Parlamento Europeu e o Conselho da União Europeia. (2009). Regulamento (CE) No1223/2009 Do Parlamento Europeu e do Conselho. Jornal Oficial Da União Europeia, 59–209.
[2] Autoridade Nacional do Medicamento e Produtos de Saúde I.P. (2016). Cosméticos. Consultado a 08 de fevereiro de 2017, disponível em: http://www.infarmed.pt/portal/page/portal/INFARMED/COSMETICOS
[3] European Comission. (2017). Cosmetic Product Notification Portal. Consultado a 07 de fevereiro de 2017, disponível em: https://ec.europa.eu/growth/sectors/cosmetics/cpnp_en
[4] Santos, A. L. R. (2013). Produtos Cosméticos e de Higiene Corporal - Enquadramento Regulamentar.
[5] Cosmetics Europe. (2017). Cosmetics Industry. Consultado a 05 de fevereiro de 2017, disponível em: https://www.cosmeticseurope.eu/cosmetics-industry/
Um Dia na Vida de um Eng.º de Materiais
Vera Pires
Frontwave, Engenharia e Consultadoria SA, Borba.
O primeiro desafio de um engenheiro de materiais é explicar aos outros o que ele faz no dia-a-dia e o
que é afinal a engenharia de materiais. Essa tarefa não é nada fácil, considerando que tudo o que
conhecemos é feito nalgum material. Veja-se por exemplo a quantidade de diferentes materiais de é
feito um carro ou uma bicicleta: materiais poliméricos - pneus, rodas, tablier, interiores; materiais
metálicos - carroçaria, jantes, motor ou quadro; materiais vítreos - vidros; materiais têxteis ou
sintéticos: estofos; materiais inorgânicos - tintas e vernizes. O mesmo exemplo pode ser aplicado à
enorme quantidade de materiais que constitui uma casa: desde as fundações em aço (material
metálico) até aos acabamentos em pedra (material natural, ladrilhos cerâmicos, janelas de vidro,
caixilhos de alumínio) [1].
Figura 1 - Exemplos de aplicação de materiais poliméricos, metálicos e compósitos em meios de transporte
comuns como as bicicletas e os automóveis.
Figura 2 - Exemplos de aplicação de materiais diversos na arquitectura e na construção: Tintas aplicadas como
revestimentos; vidros nas janelas; materiais cerâmicos nos tijolos; materiais metálicos aplicados como
revestimento e materiais metálicos como estrutura de uma futura habitação.
A Ciência e a Engenharia de Materiais apresenta um campo muito vasto com bases de química, física
e ciência de engenharia. Esta área está relacionada com o design, produção e utilização de todas as
classes de materiais (metais, cerâmicos, semicondutores, polímeros e compósitos), e com factores
condicionantes da sua utilização como factores energéticos, ambientais, económicos e inerentes à
produção. A Ciência e a Engenharia de Materiais é uma área crítica no bem-estar económico e
ambiental da sociedade.
Os Engenheiros de Materiais têm normalmente grande facilidade de integração no mercado de
trabalho, tendo em conta a diversidade do curso em áreas muito diversificadas de desenvolvimento,
investigação e produção, em que se incluem empresas de certificação e garantia da qualidade,
produção de produtos e equipamentos, avaliação de projectos, laboratórios de controlo de qualidade
em empresas. De engenheiro de materiais espera-se não só que, perante um determinado problema
de engenharia, faça uma análise macro tendo em conta os vários materiais intervenientes mas que
também conheça as propriedades micro que podem ter influencia que na cause quer na solução do
problema. Nas figuras em baixo ilustram-se vários exemplos práticos de actividades diárias possíveis
de um engenheiro de materiais: Controlo de qualidade numa fábrica, realização de ensaios em
laboratório para avaliação das propriedades físicas e mecânicas dos materiais, acompanhamento e
validação de soluções numa obra, inspecções e avaliações sobre o comportamento dos materiais [1,2].
Figura 3 - Exemplos de actividades diárias possíveis de um engenheiro de materiais: Controlo de qualidade
numa fábrica, realização de ensaios em laboratório para avaliação das propriedades físicas e mecânicas dos
materiais, acompanhamento e validação de soluções numa obra, inspecções e avaliações sobre o
comportamento dos materiais.
O engenheiro de materiais pode ser descrito como um profissional que faz engenharia de micro escala,
ou seja, conhece, introduz, reduz, altera a presença de fases, componentes ou defeitos num material,
modificando deste modo as suas propriedades. Assim, através de diferentes condições de fabrico ou
de diferentes composições químicas para produzir um determinado material, o engenheiro de
materiais consegue fazer combinações mais adequadas a cada aplicação. Um exemplo muito claro
ocorre na produção de materiais cerâmicos: Se o objetivo é uma maior resistência mecânica, produz-
se um material com reduzida porosidade (que são vazios no interior do material), enquanto se o
objetivo for diminuir o peso do componente, a introdução desses vazios torna-se uma opção muito
interessante.
No entanto, nem todos os materiais permitem igual nível de alteração. Alguns materiais naturais como
a pedra ou madeira podem apenas sofrer acabamentos superficiais ou tratamentos superficiais que os
tornem mais resistentes a alguns agentes como a água, humidade, pragas, entre outros.
De um modo simplificado é possível dizer que, a engenharia de materiais funciona baseada num
tetraedro, em que um dos vértices é a estrutura e a composição química do material e os demais são
a aplicação, o método de fabrico e as propriedades do mesmo.
Figura 4 - A engenharia de materiais explicada num tetraedro.
A ideia do tetraedro é precisamente para mostrar como todos estes fatores se relacionam uns com os
outros: para escolher um material para determinada aplicação (com determinadas exigências), é
necessário que o material possua algumas características específicas. Para se obterem e se
conhecerem as características do material, o material precisa estar organizado de determinada
maneira em termos de estrutura, o que se consegue produzindo-o por uma determinada forma. Para
outra aplicação, são necessárias outras propriedades, outra estrutura e portanto outro método de
fabrico. E assim, com tudo isto em mente, o engenheiro de materiais trabalha com o objetivo de
desenvolver materiais mais otimizados e ajustados para uma determinada aplicação ou na seleção de
materiais já existentes para aquela aplicação em específico.
No entanto, nem sempre os métodos de produção vão resolver todos os problemas existentes na vida
de um engenheiro de materiais, pode ser necessário modificar a composição química do material ou
mesmo misturar mais dois materiais diferentes (materiais compósitos) [1].
De um modo genérico, podemos dividir os materiais nos seguintes grupos: metálicos, políméricos e
cerâmicos, compósitos e materiais naturais ou biomateriais cada qual com suas vantagens e
desvantagens. Por exemplo: os materiais metálicos normalmente são os melhores condutores de
eletricidade, mas são sensíveis à corrosão (a conhecida ferrugem no caso do ferro e dos aços). Os
materiais cerâmicos, são muito resistentes a temperaturas elevadas, mas normalmente são pouco
resistentes a impacto e são frágeis. Os polímeros são extremamente leves, mas não suportam
temperaturas muito elevadas. Assim, para determinadas aplicações, é importante uma combinação
de propriedades que não existe num único tipo de material, fazendo com que seja necessário juntá-
los e com isso formar um material que designamos de compósito.
Figura 5 - Dois exemplos de materiais compósitos: materiais compósitos de matriz polimérica para pisos e
materiais compósitos laminares para revestimentos e pavimentos.
De uma forma muito resumidade este é o mundo da engenharia de materiais. Há muitos engenheiros
de materiais em empresas que desenvolvem polímeros, cerâmicos, ligas metálicas, aperfeiçoando
esses materiais, tornando-os mais económicos e sustentáveis, e trabalhando no controlo de qualidade,
entre outros. No entanto, o mercado de trabalho não se restringe apenas às indústrias mencionadas.
Muitos engenheiros utilizam o conhecimento que possuem na área para prestar consultoria e resolver
problemas, outros optam por atuar na área de peritagem e inspecções, investigando falhas, anomalias,
patologias e investigando as causas para os mesmos através de uma análise de falhas do material.
Mesmo que muitas pessoas ainda desconheçam a engenharia de materiais, ela está inevitavelmente
presente no nosso dia-a-dia. Poderíamos passar o dia inteiro a mostrar vários exemplos e aplicações
onde a engenharia de materiais está presentes, mas vale lembrar que até em um garfo ou o chão que
pisamos poderá ter sido desenvolvido nalguma etapa por um engenheiro de materiais. A engenharia
de materiais está por trás dos objetos mais simples que temos em casa e existirá alguém que estudou
e desenvolveu para que esses objetos existam, esse alguém é o engenheiro de materiais!
Bibliografia
[1] Smith, William F.; Principles of Materials Science and Engineering (Mcgraw Hill Series in Materials Science and Engineering), Mcgraw Hill.
[2] https://fenix.tecnico.ulisboa.pt/cursos/lemat
A visita aos Laboratórios Abertos 2017 Júnior vai iniciar-se com um conjunto de conversas em torno
de filmes que pretendem demonstrar a importância da química, da engenharia química e da
engenharia de materiais na nossa vida do dia-a-dia
O primeiro filme em discussão foi realizado pela Federchimica, uma associação das indústrias químicas
em Itália, e que tem precisamente o título “Viver Sem Química”.
Depois deste, será visionado um Ted Ed, da autoria de Emma Bryce, sobre O Destino de Três Garrafas
de Plástico. Vamos olhar para um aspeto específico do impacto da indústria química no nosso dia-a-
dia e, mais do que isso, o impacto que a utilização, que os seres humanos dão a esses produtos da
indústria química, tem no meio ambiente e como as disciplinas que estamos a apresentar podem
ajudar a resolver os problemas que são criados.
Contamos com a participação de todos os presentes para a discussão destes importantes temas para
a atualidade.
Viver Sem Química
M. Abrantesa, F. Lemosb, M.A.N.D.A. Lemosb,
aGabinete de Relações Internacionais, bCERENA
Departamento de Engenharia Química, Instituto Superior Técnico, Av. Rovisco Pais 1, 1049-001 Lisboa.
O filme realizado pela Federchimica Italiana, põe a pergunta se “É Possível Viver Sem Química?”, e
depois de o vermos podemos concluir que a Química no seu sentido mais lato, abrangendo a
Engenharia Química e a Engenharia de Materiais, está presente praticamente em todos os objetos que
utilizamos no nosso dia-a-dia.
No filme aparecem inúmeros exemplos do que aconteceria na nossa vida se os produtos da indústria
química não existissem:
Os medicamentos, que são na sua maior parte fabricados por reações de síntese química,
descobertas por químicos orgânicos e passadas à escala de produção por engenheiros
químicos;
Os alimentos que são processados e embalados por processos da engenharia química,
biológica e de materiais;
As embalagens produzidas por reações químicas que são desenhadas por Químicos e
Engenheiros Químicos, obedecendo a requisitos estritos de resistência que são da
responsabilidade de Engenheiros de Materiais.
Mas hoje queremos chamar a atenção para outra atividade dos Engenheiros destas áreas na nossa
vida e que é muito menos visível e não está
coberta neste filme – a resolução de
problemas ambientais originados pela
utilização que a Humanidade dá aos produtos
que a indústria química põe ao seu dispor.
Figura 1 – Garrafas de plástico (imagem de
https://www.theodysseyonline.com/problem-plastic-
water-bottles).
A Vida Secreta dos Plásticos
M. Abrantesa, F. Lemosb, M.A.N.D.A. Lemosb
Com a colaboração de Dulce Beloc
aGabinete de Relações Internacionais, bCERENA, cC2TN
Departamento de Engenharia Química, Instituto Superior Técnico, Av. Rovisco Pais 1, 1049-001 Lisboa.
A nossa viagem pelo mundo da química segue a vida secreta de uma garrafa de plástico, após ter
contido água, um refrigerante, etc.
Os plásticos assumiram um papel muito relevante na nossa vida quotidiana quotidiana porque têm
várias propriedades uteis, tais como:
Ser leve
Ser resistente
Ter uma grande durabilidade
Ser barato
Ser moldável
Ser um isolante
Foi a indústria química e depois a indústria alimentar que a fez chegar às mãos de quem a utilizou, mas
a vida desta garrafa não termina depois do seu conteúdo ter sido consumido. Podemos mesmo dizer
que é nessa altura que começa a sua vida mais longa; os plásticos que servem de embalagem a
produtos alimentares têm, na realidade, uma vida útil relativamente curta – desde a embalagem até
ao seu consumo. Na verdade, a sua vida mais longa pode começar precisamente no momento em que
o produto alimentar que continha for consumido e a embalagem, por exemplo uma garrafa de água,
se transforma oficialmente num resíduo (sim, há uma definição oficial para um resíduo!).
Evidentemente, o utilizador deixa de ter interesse na garrafa assim que a deitou fora mas, na realidade,
o impacto da ação que for realizada no momento em que a garrafa é deitada fora é muito grande e
pode afetar não só quem a deitou fora, mas toda a humanidade.
Os problemas que podem surgir com uma garrafa de plástico, na realidade com todos os plásticos que
são convertidos em resíduos, estão intimamente ligados a algumas das propriedades que os tornam
materiais com tão grande utilidade:
Ser leve
Ser resistente
Ter uma grande durabilidade
Para a sua utilização inicial é importante que o plástico seja leve, isso contribui para que o nosso
telemóvel ou recipiente em que transportamos a água sejam leves, mas isso acarreta um conjunto de
problemas ao chamado “plástico em fim de vida”. Por um lado, o ser leve implica que o seu transporte
ocupa muito volume, o que o torna mais dispendioso. Por outro lado, se for deixado na Natureza será
facilmente transportado para longe pelo vento (quantas vezes vemos sacos de plástico a “voar ao
vento”) ou pela água, onde flutua.
No filme vamos ver que esta sua propriedade é responsável pelo facto dos plásticos que são utilizados
por todo o mundo se irem acumulando nos chamados “giros oceânicos”, enormes vórtices gerados
pelas correntes marítimas e que existem em todos os oceanos do planeta, como se encontra
representado na figura 1.
Figura 1 – Representação dos Giros Oceânicos gerados pelas correntes marítimas em todos os oceanos do
planeta (imagens de https://sites.google.com/site/correntesoceanica/home/giros-oceanicos e
https://marinedebris.noaa.gov/info/patch.html).
A estas acumulações de lixo no oceano chamam-se as “Grandes Manchas de Lixo” ou “Grandes Ilhas
de Lixo” e correspondem a enormes acumulações claramente visíveis, como representado na figura 2.
Figura 2 – Manchas de lixo no Oceano Pacífico (à esquerda) e no Oceano Atlântico (à direita) (imagens de
http://www.yalescientific.org/2013/12/mythbuster-the-truth-about-the-great-pacific-garbage-patch/ e
http://planetsave.com/2010/04/16/second-garbage-patch-confirmed-in-atlantic-ocean/).
Outras das suas propriedades, que é de enorme importância para a sua utilização prática - a sua
enorme resistência e durabilidade - é também responsável pelos problemas que o plástico provoca em
fim de vida. Esta importante propriedade faz com que, quer nos oceanos, quer nos aterros, os plásticos
se degradem somente de forma muito lenta, pelo que a contaminação provocada pelos plásticos se
mantém durante longos períodos de tempo. Nos oceanos, esta propriedade provoca a sua acumulação
e nos aterros causa uma ocupação grande do espaço e durante muito tempo.
Os plásticos são na realidade muito resistentes e, por exemplo, bonecos de borracha que caíram ao
Oceano Pacífico num “derrame” em 1992 ainda apareceram em boas condições em 2011 em praias da
Inglaterra. No entanto, os plásticos no oceano, apesar de não se degradarem quimicamente acabam
por se fragmentar em milhões de pedacinhos, os chamados micro-plásticos, com consequências ainda
mais nocivas para o meio ambiente; como vimos no filme, estes pequenos fragmentos de plástico são
confundidos com comida por animais marinhos que os ingerem com consequências graves para o seu
bem-estar e sobrevivência.
O que podemos, então, fazer?
As alternativas são muitas. Para além da redução do consumo, que é a primeira linha de combate a
este tipo de poluição, há que ter cuidado com a utilização destes materiais, como de muitos outros.
O plástico, em boas condições, deve ser reutilizado, sempre que possível e quando atingir o seu limite
de utilidade deve ser enviado para reciclagem.
A indústria química tem atualmente um conjunto alargado de ferramentas que lhe permite lidar com
todo o plástico em fim de vida. Estas ferramentas vão da reciclagem mecânica, em que os plásticos
podem ser fundidos sem degradação (os chamados termoplásticos) e são recuperados para a
fabricação de novos produtos.
Figura 3 – Produtos fabricados a partir de plástico reciclado (imagens de
http://www.recycledplasticbuildingmaterials.co.uk/ e https://pt.pinterest.com/tedpate/recycled-plastic-products/).
As garrafas de plástico em fim de vida são frequentemente recicladas para a produção de produtos
tão variados como fibras para roupas ou madeira sintética para mobiliário, em particular para
mobiliário de exterior (ver figura 3).
Mas, se nos lembrarmos que os plásticos têm origem no petróleo, temos uma nova gama de opções
que nos estão acessíveis, através da reciclagem química. Através de processos térmicos e/ou catalíticos
é possível decompor os plásticos por forma a obter compostos químicos que podem ser novamente
utilizados pela indústria química para produzir novos produtos. Estes compostos químicos podem ser
a “simples” recuperação dos
monómeros que compunham o
plástico (o que se pode designar
por despolimerização) ou a
obtenção de outros produtos
químicos que podem ser
utilizados para fins diferentes. Um
exemplo claro deste último é a
reciclagem química de polietileno
ou polipropileno, os plásticos
mais comuns no consumo, que
podem ser utilizados para
produzir combustíveis líquidos
como gasolina ou gasóleo (ver
figura 4).
Figura 4 – Combustíveis líquidos obtidos a partir de resíduos plásticos
(imagens de http://www.recyclinginternational.com/recycling-
news/10006/plastic-and-rubber/global/multi-million-dollar-growth-recycled-
plastics-amp-plastic-oil-market).
Também temos que ter em conta que nem sempre é possível recuperar os plásticos em fim de vida
em condições adequadas para a sua recuperação por reciclagem quer mecânica quer química. Os
plásticos estão frequentemente muito contaminados com outras substâncias (por exemplo os
plásticos que são utilizados como contentores de lixo doméstico). Neste caso, há ainda uma última
linha de tratamento que pode ser utilizada – a recuperação energética. Também, para esta via há
diversas opções, que caem fora do âmbito desta “conversa”, mas a mais comum atualmente é a
incineração em centrais térmicas para produzir energia elétrica e calor. Na Europa, incluindo em
Portugal, existem inúmeras unidades a utilizar resíduos para produção de energia, como se vê no
pequeno filme da Confederation of European Waste-to-Energy Plants que se pode encontrar em
http://www.cewep.eu/information/whatiswastetoenergy/filmalittlelight/782.A_Little_Light_-
_Portuguese_version.html.
Para ilustrar a importância central da Química e das Ciências de Materiais na compreensão do nosso
Mundo e como a sua aplicação, sob a forma de Engenharia Química e Engenharia de Materiais, são
fulcrais para a Economia e o Bem-Estar da Humanidade, apresentámos um conjunto de experiências
interativas em que os nossos visitantes puderam participar.
Esperamos que este conjunto de experiências, desenhados por professores, investigadores e alunos
do Técnico tenham conseguido transmitir uma imagem de como estas disciplinas são apelativas,
constituem uma excelente opção de carreira para os jovens e desempenham um importante papel no
bem-estar de que gozamos em termos saúde, mobilidade e conforto.
Química Orgânica ao vivo e a cores
Dulce Simão
Centro de Química Estrutural, Departamento de Engenharia Química, Instituto Superior Técnico, Av.
Rovisco Pais 1, 1049-001 Lisboa.
A Química Orgânica é a química dos compostos de carbono e é a base de toda a vida na terra. O átomo
de carbono tem uma extraordinária capacidade de constituir cadeias mais ou menos longas e de
simultaneamente estabelecer ligações com vários elementos, como o oxigénio, o enxofre, o azoto, o
fósforo e os halogénios, entre outros dando origem a milhões de compostos. Os compostos orgânicos
podem ser obtidos a partir de produtos naturais por extração, ou a partir de outros produtos químicos
por reação, conhecida como síntese orgânica. Deste modo podem obter-se novas moléculas, úteis no
desenvolvimento de novos materiais, fármacos e outras biologicamente activas. Muitos destes
compostos podem apresentar aroma agradável, cores intensas ou emitirem luz e devido a essas
propriedades têm aplicações específicas no nosso dia-a-dia. Nas seguintes experiências mostra-se
como se isolam compostos orgânicos de produtos naturais e como se obtêm por transformação
(reações), ilustrando alguns dos procedimentos habituais num laboratório de química orgânica.
Mostram-se ainda alguns fenómenos que relacionam a química com a luz.
Isolamento da carvona da hortelã
A hortelã verde (Mentha spicata) ou menta como é vulgarmente conhecida é uma das plantas
aromáticas mais usadas no mundo como tempero em culinária e como aromatizante (Figura 1).
Figura 1 – Hortelã verde (Mentha spicata)
Remonta há muitos anos o uso medicinal e terapêutico desta planta. Além do uso das folhas frescas
ou secas, também o seu óleo essencial é amplamente utilizado na indústria alimentar, farmacêutica,
cosmética, perfumaria e aromaterapia1,2 (Figura 2).
Figura 2 – Utilização da hortelã verde como aromatizante.
Este óleo contém 21 compostos orgânicos mas os principais responsáveis pelo aroma da hortelã verde,
são: a carvona (73.29 %) e o d-limoneno (7.59 %) and di-hidrocarvona (3.83 %)3 (Figura 3).
Carvona Limoneno Di-hidrocarvona
Figura 3 – Estruturas químicas de alguns dos compostos orgânicos presentes na hortelã verde.
Os teores destes e de outros compostos variam consoante as diferentes espécies de hortelã. O óleo
de hortelã é obtido através de destilação por arrastamento de vapor3-6. Neste tipo de destilação
produz-se vapor de água numa caldeira que depois é introduzido na montagem (Figura 4). Esta
destilação só pode ser realizada quando os componentes que queremos isolar não são solúveis em
água, neste caso os 3 compostos orgânicos referidos anteriormente e outros compostos em menor
quantidade (óleo essencial)
Figura 4 - Destilação por arrastamento de vapor das folhas de hortelã verde.
O destilado (água e óleo essencial) é passado para uma ampola de decantação. Como a quantidade
destes compostos existente na planta é relativamente pequena procede-se a uma extração líquido-
líquido desta fase aquosa, adicionando um solvente orgânico (diclorometano) (Figura 5). Através de
decantação separam-se os dois líquidos imiscíveis e com diferentes densidades.
Figura 5 - Extração líquido-líquido com separação do óleo de hortelã em diclorometano (fase orgânica) da fase
aquosa.
Para obter o óleo essencial de hortelã é ainda necessário separar o solvente por destilação a baixa
pressão, recorrendo a um rotavapor ou evaporador rotativo (Figura 6).
Figura 6 – Destilação do diclorometano num rotavapor
O solvente é evaporado e condensa no refrigerante, sendo recolhido num balão. A baixa pressão
diminui o ponto de ebulição e aumenta a rapidez de destilação. No final desta destilação obtém-se o
óleo essencial de hortelã constituído principalmente por carvona.
Referências
1 - https://chempics.wordpress.com/2014/01/23/spearmint-mentha-spicata/ acedido em 14 Jan 2017
2 - http://www.oleosessenciais.org/oleo-essencial-de-hortela-verde-mentha-spicata/ acedido em 14 Jan 2017
3 - J. U. Chowdhury, N. C. Nandi, M. U. e M. Rahman, Bangladesh J. Sci. Ind. Res. 42(1), 79-82, 2007.
4 -https://infohost.nmt.edu/~jaltig/SteamDistill.pdf acedido em 14 Jan 2017
5- https://academic.macewan.ca/saberim/261exp8.pdf acedido em 14 Jan 2017
6 - http://www.jpharmsci.org/article/S0095-9553(15)33327-8/pdf acedido em 14 Jan 2017
Extração do licopeno do tomate
O licopeno faz parte de uma família de compostos orgânicos conhecida como carotenóides e é
responsável por exemplo pela cor vermelha do tomate, melancia, goiaba ou por exemplo o pimento
vermelho (Figura 7)1.
Figura 7 – Fontes naturais de licopeno
Este composto é utilizado na indústria farmacêutica e como corante alimentar tendo sido
recentemente aprovada a sua utilização para dar cor às carnes processadas (Figura 8)2. Apresenta
atividade antioxidante e é considerado um agente anticancerígeno ajudando a prevenir o cancro e
doenças cardiovasculares.
Figura 8 – Licopeno e sua utilização
O licopeno é um hidrocarboneto ou seja é uma molécula constituída somente por átomos de carbono
e hidrogénio cuja fórmula molecular é: C40 H56. Devido à sua apolaridade é insolúvel em água mas
solúvel em lípidos e solventes orgânicos (Figura 9)3,4.
Figura 9 – Estrutura química do licopeno
Na seguinte experiência vamos mostrar como se pode extrair este pigmento do tomate, através de
uma técnica denominada extração em soxhlet5-9 (Figura 10). Nesta técnica, usa-se um solvente onde o
licopeno seja solúvel (neste caso o acetato de etilo). Ao ser aquecido entra em ebulição, evapora,
condensa no extrator sobre os pedaços de tomate que se encontram dentro de um cartucho de papel,
sendo depois reconduzidos ao balão juntamente com o licopeno.
Figura 10 – Extração do licopeno em soxhlet com acetato de etilo
Para isolar o licopeno, é agora necessário remover o solvente por destilação e o modo mais rápido é
recorrendo ao evaporador rotativo ou rotavapor (Figura 11).
.
Figura 11 - Destilação do acetato de etilo num rotavapor
Referências
1 - https://www.healthaliciousness.com/articles/high-lycopene-foods.php acedido em 14 Jan 2017.
2 - http://www.foodnavigator-usa.com/Regulation/FDA-approves-tomato-lycopene-to-color-processed-meats acedido em 14 Jan 2017
3 - J. Shi, M. Le Maguer, Critical Reviews in Biotechnology, 20(4), 293-334, 2000.
4 - J. Shi, M. Le Maguer, Critical Reviews in Food Science and Nutrition, 40(1), 1-42, 2000.
5 - https://www.researchgate.net/publication/263672292 A_simple_method_for_the_isolation_of_lycopene_from_Lycopersicon_esculentum acedido em 14 Jan 2017
6 -https://www.researchgate.net/publication/257084304_Lycopene_extraction_from_tomato_peel_by-product_containing_tomato_seed_using_supercritical_carbon_dioxide acedido em 14 Jan 2017
7 -http://www.ijeijournal.com/papers/Vol.4-Iss.8/A0480105.pdf acedido em 14 Jan 2017
8 -https://pdfs.semanticscholar.org/a690/808b6292ecceb35df533194331959d153ac4.pdf acedido em 14 Jan 2017
9 -http://researchcommons.waikato.ac.nz/bitstream/handle/10289/8983/thesis.pdf?sequence=3 acedido em 14 Jan 2017
Preparação de um composto fluorescente
Para obter um composto orgânico através de uma transformação química é necessário pôr em
contacto 2 ou mais reagentes em certas condições, chamadas condições reacionais. A figura 12
exemplifica duas montagens típicas para fazer reações.
a) b)
Figura 12 a) – Montagem para reação na ausência de humidade e com agitação magnética.
12 b) – Montagem para reação na ausência de oxigénio e com agitação mecânica.
O trans-9-(2-feniletinil)antraceno é um composto orgânico que pertence à classe dos alcenos.
Apresenta-se na forma de cristais amarelo dourado e é fluorescente e quimiluminescente como
poderão ver na última experiência. A figura 13 mostra a fluorescência de uma solução do composto
dissolvido em etanol.
Figura 13 – Fluorescência do trans-9-(2-feniletinil)antraceno dissolvido em etanol sob a lâmpada de UV.
Para preparar este composto, faz-se reagir um aldeído, o 9-antraldeído e um sal de fosfónio, o cloreto
de benziltrifenilfosfónio na presença de uma base, o hidróxido de sódio (Figura 14). O solvente
utilizado é diclorometano.
Figura 14 – Esquema reacional da formação do trans-9-(2-feniletinil)antraceno.
Uma solução aquosa de hidróxido de sódio é adicionada gota a gota, através de uma ampola de carga
com igualizador de pressão e com agitação magnética, aos restantes reagentes e solvente (Figura 15).
Figura 15 – Montagem para a reacção de formação do trans-9-(2-feniletinil)antraceno.
Depois de extraído numa ampola de decantação e removido parte do solvente num rotavapor, o
produto é isolado por filtração a vácuo depois de arrefecido em gelo (Figura 16).
Figura 16 – Isolamento do produto por filtração a vácuo.
Referências
1 - D. Simão, “100 experiências de química orgânica”, ISTPress, Exp. 92, 199, 2011.
2 - Silversmith, E. F., J. Chem Ed., 7, 645, 1986.
3 - http://www.scienceinschool.org/2011/issue19/chemiluminescence, acedido em 12 Jan 2016.
4 - A. G. Hadd, D. W. Lehmpuhl, L. R. Kuck and Galen P. Mell, J. Chem. Educ., 76, 1237, 1999.
Experiências com luz
Refração e Difração da luz
António Conceição
Centro de Química Estrutural, Unidade de Investigação, Departamento de Engenharia Química,
Instituto Superior Técnico, Av. Rovisco Pais 1, 1049-001 Lisboa.
Foi Newton no século XVII, quem pela primeira vez descreveu o fenómeno da decomposição da luz
branca por um prisma. O conjunto das sete cores obtidas com um prisma e visíveis ao olho humano é
conhecido como espectro, e é constituído pelo violeta, anil, azul, verde, amarelo, laranja e vermelho
(Figura 17).
Figura 17 - Decomposição da luz num prisma
Na figura 18 pode observar-se a região do espectro visível pelo olho humano no conjunto da radiação
electromagnética.
Figura 18 – Radiação electromagnética (https://pt.wikipedia.org/wiki/Espectro_vis%C3%ADvel)
Quando um feixe de luz monocromática passa de um meio para outro observa-se a refracção da luz
originando um ângulo de refracção. Quando esse feixe de luz passa de um meio menos denso (ar) para
outro mais denso (quartzo) aproxima-se da normal à superfície (Figura 19).
Figura 19 - Refração da luz monocromática num prisma de quartzo
Para a luz num dado meio, quanto menor o comprimento de onda maior será o índice de refracção.
Quando temos um feixe de luz policromática a incidir no mesmo prisma de quartzo, a luz decompõe-
se em vários feixes dependendo do comprimento de onda (Figura 20).
Figura 20 – Decomposição da luz branca
Na seguinte experiência vamos fazer incidir um feixe de luz branca de um retroprojector num prisma
de quartzo e observar a decomposição da luz numa superfície branca (Figura 21).
Figura 21 - Decomposição da luz branca num prisma de quartzo
A difracção da luz acontece quando os sulcos são da ordem de grandeza do comprimento de onda da
radiação. Quando a luz é refletida por uma rede de difração cada sulco funciona como uma fonte de
radiação. Cada feixe de luz monocromática incididente é refractado com um ângulo diferente (Figura
22).
Figura 22 - Difração de um feixe monocromático
Para cada ângulo de incidência, i existe uma série de ângulos de reflecção, r. O ângulo de reflexão, r,
depende do comprimento de onda da radiação. Radiação de menor comprimento de onda é refletida
pela rede com um ângulo mais agudo.
Na seguinte experiência vamos fazer incidir um feixe de luz branca de um retroprojector num DVD
(rede de difracção) e observar a decomposição da luz numa superfície branca (Figura 23).
Figura 23 - Decomposição da luz branca num DVD
Quando uma molécula absorve um fotão a sua energia aumenta ficando num estado excitado. A luz
visível (e também a radiação ultravioleta) provoca a transferência de eletrões para orbitais de maior
energia. Quando um feixe de luz policromático incide sobre uma solução, esta absorve um certo
comprimento de onda e a cor apresentada corresponde à cor complementar da absorvida.
Nesta experiência vamos colocar 3 soluções de cores diferentes (Figura 24) sobre um feixe de luz
branca. O azul de bromotimol, que é azul ou seja absorve o complementar que é laranja. A solução de
dicromato de potássio é laranja ou seja absorve o azul e a solução de fenolftaleína é vermelha ou seja
absorve o verde. Depois do feixe de luz atravessar a solução incide num prisma de quartzo e é
refractado observando-se numa superfície branca todas as cores exceto as que foram absorvidas pela
solução.
Figura 24 - Soluções de azul de bromotimol, dicromato de potássio, fenolftaleína
Se o prisma for substituído por um DVD, dá-se a difracção e reflexão da luz e observa-se o mesmo
fenómeno mas noutra direcção (Figura 25).
a) b) c)
Figura 25 – a) Difração e reflecção do feixe de luz depois de atravessar as soluções; b) Círculo de cores
complementares; c) Espetros de absorção das 3 soluções.
Referências
D. C. Harris, “Quantitative Chemical Analysis”, W. H. Freeman and Company,7ª ed., 2007.
Quimiluminescência
Já todos ouviram falar de “glow party”. É uma festa cheia de luz e cor, onde se utilizam muitos produtos
fluorescentes e luminosos. Muitos dos artigos usados nestas festas, consistem em pequenos tubos de
plástico que se podem apresentar como pulseiras, colares, que se dobram até partir e ficam luminosos
durante bastantes horas1 (Figura 26).
Figura 26 – “Glow Party”
Quando surgiram os primeiros produtos deste género, nos anos 70, os chamados “glow sticks” ou
“cyalume” tinham como principal função servir de luz de emergência. Hoje em dia são utilizados nas
mais variadas situações uma vez que são à prova de água, toleram altas pressões, não necessitam de
baterias ou pilhas, não geram calor e são muito baratos. São por isso muito utilizados pelas forças
militares, campismo, mergulho, pesca, etc (Figura 27).
Figura 27 – Aplicações práticas dos “Glow sticks”
A luz emitida por estes produtos está relacionada com o fenómeno da quimiluminescência, ou seja
com a emissão de luz devido a uma reação química2.
Quando se juntam determinados reagentes, uma das moléculas, (ativador - ACT), é eletronicamente
excitada devido à reação, regressando depois ao seu estado fundamental emitindo nessa altura luz
fluorescente. Nos “glow sticks”, os reagentes estão em 2 compartimentos separados. No momento em
que se dobra, quebra-se um dos compartimentos, originando a reação com a consequente emissão de
luz que dura várias horas (Figura 28).
Figura 28 – Como funciona um “Glow stick”
http://science.howstuffworks.com/innovation/everyday-innovations/light-stick2.htm
Nesta experiência vamos mostrar este fenómeno da quimiluminescência, fazendo reagir o oxalato de
2,4,6-triclorofenilo (um éster) e a água oxigenada (peróxido de hidrogénio), formando um peróxido
cíclico que interage com o ativador (ACT) ficando no seu estado eletronicamente excitado, o qual emite
luz fluorescente ao voltar ao estado fundamental (Figura 29). Verifica-se também a libertação de
dióxido de carbono3.
Figura 29 – Reação de quimiluminescência com um ativador (ACT)
A cor emitida dependerá do ativador utilizado4. Por exemplo com a rodamina a luz emitida é vermelha,
com o trans-9-(2-feniletenil)antraceno5 é azul, com a eosina é laranja e com o rubreno é amarela
(Figura 30).
Figura 30 – Reações de quimiluminescência com vários ativadores.
Como aplicação prática deste fenómeno, vamos mostrar como se ativam os “glow sticks” (Figura 31).
Figura 31 – Ativação de um “Glow stick”.
Rubreno
Fluorescência
Existem compostos orgânicos que são fluorescentes quando observados sob uma lâmpada de ultra
violeta como por exemplo, o quinino existente na água tónica, a fluoresceína (Figura 32) muito
utilizada para detecção de águas subterrâneas, exames oftalmológicos (angiogramas) e como
marcador biológico, como por exemplo em química forense.
Figura 32 – Água tónica, solução de eosina e de fluoresceína sob luz ultra violeta.
Existem também compostos fluorescentes em notas, cartas de condução e outro tipo de documentos
(Figura 33). Este tipo de análise é de igual modo usado em investigação criminal para verificação da
validade de papel-moeda e de diversos documentos.
Figura 33 – Vários documentos e notas sob luz natural e sob luz ultra violeta.
Referências
1 – http://www.glow.pt/ (consultado em 18 de Jan 2015)
2 - R. Albertin et al, Química Nova, 21, 1998, 772.
3 - F. McCapra, Methods Enzymol., 2000, 305, 633 – 659.
4 – http://www.youtube.com/watch?v=tItOOpyJP5k (consultado em 18 Jan 2015)
5 - D. Simão, “100 experiências de química orgânica”, 2011, ISTPress, Exp.48, pág. 199.
Fosforescência
Rita Pires e Vasco Bonifácio
Centro de Química-Física e Molecular e Instituto de Nanociência e Nanotecnologia, Instituto Superior
Técnico, Av. Rovisco Pais 1, 1049-001 Lisboa.
A fosforescência é um tipo de luminescência que ocorre em certos materiais. Neste processo o material
absorve energia de radiação na zona do visivel, a qual é depois emitida sob a forma de luz de forma
lenta. O termo fosforescência tem origem na Antiguidade Clássica, uma vez que os materiais com estas
propriedades eram designados por fósforo (do Grego phosphoros, portador de luz).1 Um exemplo de
materiais fosforescentes são as placas de sinalização de emergência, em cuja composição está
presente o sulfureto de zinco dopado com cobre, que é composto químico responsável pelo brilho que
observamos no escuro.
Figura 34 – Exemplo de objectos fabricados com materiais fosforescentes.
O quadro mágico
Material:
placa fosforescente (por exemplo uma placa de sinalização de saída de emergência)
ponteiro laser de cor azul (ou telemóvel)
Esta actividade deverá ser realizada numa sala escura. Usando o ponteiro laser vamos tentar escrever
uma mensagem ou fazer um desenho na placa. Será possível? O que acontece quando o raio laser toca
na placa?
Referências
1. Mário N. Berberan e Santos, Raios Químicos e Química Radiosa, Química 2015, 139, 53-60.
Agradecimentos
Agradeço à Técnica de laboratório, Carla Salvador e aos alunos de Engenharia Química, Biológica a
preciosa colaboração e empenho, na procura de novos trabalhos, na sua realização e optimização.
A Energia do Ar a Temperatura Muito Baixa
José Armando Luísa da Silva e Maria Fernanda N. N. Carvalho
CQE, Complexo I, Departamento de Engenharia Química, Instituto Superior Técnico, Av. Rovisco Pais
1, 1049-001 Lisboa, Portugal
Introdução
As moléculas de oxigénio, nitrogénio, dióxido de carbono e água, entre outras, movem se livremente
no ar uma vez que têm espaço para “correr, saltar, dançar” dispersando a sua energia sem grandes
colisões, como fazem as crianças no recreio. Quando regressam à sala de aula e se sentam nos seus
lugares a agitação diminui, mas a sua energia não! Quando a aula termina, é vê-las de novo cheias de
movimento e energia. Assim é também com o ar, quando lhe baixamos suficientemente a temperatura
e aumentamos a pressão, obrigando-o a “acalmar”. As moléculas perdem agitação, “sentam-se” em
estruturas mais ou menos organizadas, podendo passar ao estado líquido (e.g. nitrogénio, oxigénio)
ou sólido (e.g dióxido de carbono, água) e assim permanecer até que se lhes permita manifestar a sua
energia mudando de estado. Associados à mudança de estado (calmo para agitado) estão o volume e
a pressão, os quais variam enormemente!
Quando a temperatura sobe, os componentes do ar regressam ao seu estado natural (agitado)
originado um aumento de pressão, que se ocorrer em ambiente fechado pode ocasionar o
rebentamento ou explosão do recipiente em que estavam contidos. O aumento de volume é
facilmente observável quando se enche um balão a partir de uns microlitros de nitrogénio ou oxigénio
liquefeito.
Um exemplo sensível do aumento de volume correspondente à passagem do estado líquido ao estado
gasoso é a variação do volume da água contida num copo de 150 mL (volume aproximado de uma bola
de ténis), a qual no estado gasoso passa a ocupar o volume de cerca de 200 L (P=1 atm, T=25 °C),
correspondente ao volume ocupado por cerca de 36 bolas de futebol (Figura 1). A aplicação da equação
dos gases perfeitos (PV=nRT) permite facilmente fazer os cálculos1.
Às temperaturas em que os principais componentes do ar liquefazem (N2, O2) ou solidificam (CO2) isto
é, atingem um estado que lhes não é habitual, também os materiais tendem, em geral, a adquirir
comportamentos não habituais. Assim, por exemplo, o plástico e as folhas das plantas quebram como
se de vidro se tratasse, certos materiais adquirem propriedades supercondutoras e é possível fazer
coisas surpreendentes como por exemplo martelos de papel e com eles pregar pregos.
Figura 1. Relação entre o volume ocupado por ca. 150 mL água no estado líquido (bola de ténis) e o volume
ocupado no estado gasoso (bolas de futebol.
Experiências
Papel que vira «martelo amestrado»
Aquilo que designámos por «martelo amestrados» pretende chamar a atenção para as improváveis
propriedades dos materiais a temperaturas muito baixas. Os martelos amestrados, de que aqui se
trata, são obtidos a partir de papel que é um material maleável e pouco resistente, ou seja o oposto
do que se espera de um martelo.
Se procurarmos num dicionário convencional ou na Infopédia, qual o significado da palavra martelo
encontramos descrições do tipo2: 1- ferramenta constituída por uma cabeça ligada a um cabo, utilizada
para percutir, partir objetos, pregar pregos, etc., 2- componente do instrumento musical piano que
permite a produção de som ao percutir as cordas, 3- peça utilizada para produzir som após bater no
sino ou na campainha, 4- um dos pequenos ossos que fazem parte do ouvido; 5- conjunto constituído
por uma esfera de bronze presa a um cabo de aço usada na prática de uma modalidade do atletismo.
Pela descrição se vê que o martelo pode ter significados muito distintos. Fixemo-nos pois, no martelo
enquanto ferramenta destinada a percutir, partir objetos, pregar pregos, etc.. Neste sentido espera-
se que o martelo seja constituído por um material robusto, resistente e duro, do tipo: aço, ferro,
madeira, etc.. Definitivamente não de papel! Assim, é à temperatura ambiente, em que o papel
humedecido é pouco resistente, e seria impensável pregar um prego com um guardanapo molhado.
Contudo à temperatura do nitrogénio líquido as propriedades são muito diferentes e podemos mesmo
pregar o prego!
Amestrando o papel e dando-lhe a forma de martelo conseguem-se martelos coloridos (dependendo
da cor do guardanapo) e não apenas martelos cinzentos ou castanhos sem graça, como os tradicionais.
Como fazer
Moldar guardanapos em forma de martelo (uma cabeça ligada a um cabo), usando fita-cola para
consolidar as duas partes (Figura 2).
Figura 2. Guardanapos de papel colorido, moldados em forma de martelo e uso para pregar um prego.
Molhar o martelo com água da torneira. Em seguida, colocá-lo dentro de um recipiente com nitrogénio
líquido. Retirar o martelo do nitrogénio líquido usando uma pinça de madeira e luvas apropriadas (i.e.
luvas resistentes a líquidos criogénicos, pois o nitrogénio líquido está a uma temperatura próxima dos
197 °C negativos e pode provocar queimaduras muito graves).
Usar o martelo para pregar um prego, numa tábua de madeira.
A «magia» que converte papel em «martelos amestrados» capazes de pregar pregos com papel reside
no facto de entre a celulose e a água se estabelecerem interações moleculares fortes, promovidas pela
temperatura muito baixa resultante da imersão em nitrogénio líquido.
O martelo de papel mantem-se operacional e pode ser reusado muitas vezes desde que se conserve
em gelo seco (CO2 sólido) ou mesmo numa arca frigorífica com temperatura suficientemente baixa.
Desvendando o mistério
O papel é essencialmente constituído por um polímero formado a partir da glicose ou glucose
(C6H12O6), designado por celulose (Figura 3). A representação da estrutura da celulose torna evidente
a possibilidade de formação de pontes de hidrogénio com a água (H2O). Baixando a temperatura a
cerca de 0 °C a água solidifica, o que na ausência de celulose resultaria da formação de pontes de
hidrogénio entre as moléculas da água. A água gelada (gelo) é frágil e estilhaça facilmente. Baixando a
temperatura a cerca de -197 °C com nitrogénio líquido, na presença de celulose estabelecem-se pontes
de hidrogénio água-celulose capazes de reestruturar de tal forma o material que este adquire uma
robustez capaz de pregar pregos.
Figura 3. Esquema de formação da celulose a partir da glicose3.
Há muitas outras evidências para a modificação da estrutura e consequentemente as propriedades
dos materiais, resultantes do abaixamento da temperatura por imersão em nitrogénio líquido.
Algumas dessas modificações serão exemplificadas nos Laboratórios Abertos (DEQ 2017) usando
folhas de árvores, flores do campo ou outros materiais sem valor comercial, que permitem o mesmo
efeito lúdico do obtido com alimentos (frutas ou legumes) mas evitando desperdícios.
Serão ainda mostrados efeitos lúdicos promovidos pelas mudanças de estado do nitrogénio líquido,
como por exemplo o caldeirão mágico, os balões que respiram, etc. já descritos anteriormente4, e que
por isso não serão aqui repetidos.
Agradecimentos
Às empresas Air Liquide - Criative Oxygen pelo donativo de nitrogénio líquido e gelo seco e à Enzymatic
pelo donativo de reagentes. Ao Jorge Teixeira pelo apoio à preparação das demonstrações e aos alunos
Diogo Mosteias, Patrícia Cotrim, José Justino e Rita Ribeiro entre muitos outros, do Mestrado integrado
de Engenharia Química pela execução e apresentação das experiências.
Referências
1. M.F.N.N. Carvalho, A.J.L da Silva, H. P. Diogo Quim. Nova, 2016, 39(9) 1136-1140.
2. Adaptado de http://www.infopedia.pt/dicionarios/lingua-portuguesa/martelo (consultado em janeiro de 2017).
3. S.A. de Morais, E.A. Nascimento, D.C. de Melo, Revista Árvore, 2005, 29, 461-470.
4. a) M.F.N.N. Carvalho, A.J.L da Silva, O ar que respiramos, Laboratórios Abertos 2015, Ed. M.A. Lemos, C. Gomes de Azevedo, D. Simão, DEQ, IST, 77-81; http://quimica.ist.utl.pt/LabAbertos/pdfs/2015/LivroJunior.pdf; b) M.F.N.N. Carvalho, A.J.L da Silva, Show-Ar, Laboratórios Abertos Júnior 2015, Ed. M.A. Lemos, C. Gomes de Azevedo, D. Simão, DEQ, IST, 42 47; http://quimica.ist.utl.pt/LabAbertos/pdfs/2015/LivroClassico.pdf.
Doce Química
Sílvia Chaves
Centro de Química Estrutural, Departamento de Engenharia Química, Instituto Superior Técnico, Av.
Rovisco Pais 1, 1049-001 Lisboa.
Introdução
O mundo doce dos rebuçados, gomas, gelatinas e pudins, que nos traz uma sensação de conforto
deixando-nos saciados e mais bem-dispostos, é também um mundo regido pela química. Com efeito,
na composição destes doces encontram-se diversos compostos químicos, tais como os corantes, os
aromatizantes, os estabilizadores, os espessantes (pudins) e os antioxidantes (concentrados de frutas
e plantas), para além dos açúcares, dos hidratos de carbono e das proteínas (leite, clara de ovo,
gelatina). Estes compostos químicos podem ter origem natural ou sintética, se bem que todos os
aditivos usados comercialmente se encontrem sujeitos a legislação rigorosa regularizadora da sua
autorização, utilização e rotulagem. Ultimamente tem havido um esforço enorme no sentido de utilizar
uma maior quantidade de compostos de origem natural, de que é exemplo o uso de corantes naturais
em gomas, gelatinas e M&Ms [1]. Com efeito, alguns estudos estabeleceram uma relação entre a
hiperactividade das crianças e alguns corantes artificiais, de modo que desde 2008 tem havido um
esforço na Europa para eliminá-los de produtos alimentares. De facto, as cores amarelo (crocina do
açafrão), laranja (beta-caroteno), vermelho (ácido carmínico) e, mais recentemente, azul e verde
(extracto de spirulina das algas azuis-verdes), já foram introduzidas em diversos alimentos na Europa
através da utilização de corantes naturais.
Crocina /amarelo
-caroteno / laranja
Ácido carmínico / vermelho
Clorofila / verde
Ficocianobilina / azul
Figura 4 - Alguns corantes naturais e respectivas cores.
No presente módulo de experiências ir-se-á recorrer a testes simples, que se baseiam em reacções
colorimétricas, tais como a detecção da presença de açúcares redutores, a análise da actividade
antioxidante, o teste da presença de amido e a detecção de proteínas em diferentes amostras doces,
sem necessidade de utilizar as técnicas instrumentais normalmente existentes num laboratório de
Química Analítica.
As experiências envolvidas neste tópico são:
Detecção de açúcares redutores
Actividade antioxidante
Teste da presença de amido
Presença de proteínas.
Detecção de açúcares redutores
Os hidratos de carbono, e mais concretamente os açúcares, são a principal fonte de energia para o
nosso corpo, mas também desempenham um papel relevante no prazer que sentimos quando
ingerimos alimentos, adicionando-lhes sabor doce, aroma e textura. Os hidratos de carbono produzem
ainda efeitos fisiológicos, tais como o impacto na saciedade e esvaziamento gástrico, além da
influência sobre a glicémia. Entre os diversos tipos de açúcar, o mais comum é a sacarose, produzida
comercialmente a partir de cana-de-açúcar ou de beterraba, e vulgarmente usada como adoçante de
bebidas e alimentos.
Os açúcares podem ser não hidrolisáveis, ou seja, monossacarídeos (glicose, ribose, frutose), ou
hidrolisáveis, tais como os dissacarídeos (sacarose, maltose, lactose), que originam 2 moléculas de
monossacarídeos por hidrólise, ou ainda os polissacarídeos (amido, celulose), que sofrem hidrólise
produzindo vários monossacarídeos.
Glicose Ribose Frutose
Sacarose Lactose
Figura 2 - Exemplos de monossacarídeos e dissacarídeos comuns.
Os açúcares que possuem um grupo OH livre na posição C-1 são bons agentes redutores e designam-
se açúcares redutores. No teste de Benedict [2] é analisada a presença de açúcares redutores numa
amostra, mediante a observação da redução de iões Cu2+ a Cu+, em solução alcalina e sob aquecimento,
com formação de um precipitado vermelho de Cu2O.
Neste teste é adicionada uma amostra (rebuçado ou goma, cujo rótulo indica a presença de glicose) a
uma mistura de uma solução contendo citrato em meio básico e de uma solução aquosa de sulfato de
cobre, levando-se, seguidamente, a um banho de água próximo da temperatura de ebulição. Após
cerca de 2-3 minutos, o desenvolvimento de uma cor vermelha indica a presença na amostra de
açúcares redutores.
Para evitar a formação de um precipitado negro de CuO,
preto
que mascararia o resultado final do teste de Benedict, é importante a presença do citrato, que garante
a presença dos iões Cu2+ em solução mediante a formação de um complexo com Cu2+.
Figura 3 – Teste de Benedict para uma amostra de rebuçado (positivo) e de pudim (negativo), antes e após o
aquecimento.
Actividade antioxidante
Antioxidantes são compostos capazes de evitar a oxidação de moléculas simples a polímeros e
biossistemas complexos, inibindo a formação de radicais livres. Se bem que o nosso organismo produza
naturalmente radicais livres (importantes no combate a inflamações), quando aqueles são gerados em
excesso são responsáveis por danos celulares e estão associados a várias doenças, tais como
aterosclerose, diabetes e cancro, bem como a processos degenerativos tais como o envelhecimento
[3]. Estudos recentes demonstraram que uma dieta rica em antioxidantes pode proteger o organismo
de uma série de patologias.
A presença de antioxidantes em gomas e gelatinas de frutas pode ser devida à presença das vitaminas
A e C, bem como carotenóides e flavonóides dos sumos de frutas (laranja, limão, groselha, framboesa,
uva, maracujá, manga, kiwi, melão, maçã) e de outros extractos vegetais (cenoura, abóbora, espinafre,
urtiga). O ácido cítrico, que é adicionado como regulador de pH, actua também como antioxidante.
Retinol (vitamina A)
Ácido ascórbico (vitamina C)
Resveratrol (flavonóide)
Ácido cítrico
Luteína (carotenóide)
Figura 4 - Estruturas de alguns antioxidantes.
Os antioxidantes podem interferir no processo de oxidação, reagindo e neutralizando estes radicais
livres, deste modo atrasando ou evitando danos provocados por estes.
É utilizado o método do radical 2,2-difenil-1-picrilhidrazil (DPPH*) para assinalar a presença de
antioxidantes em gelatinas (ananás e mirtilo), uma vez que o teste efectuado com gomas deu negativo.
O método do radical livre DPPH* [4] permite uma avaliação fácil e rápida da actividade anti-radicalar,
sendo o efeito dos antioxidantes sobre o radical DPPH* atribuído à capacidade que estes compostos
têm de doar átomos de hidrogénio, ocorrendo a descoloração da solução violeta do radical livre DPPH*
quando é adicionada a amostra contendo antioxidantes.
Figura 5 - Actividade antioxidante numa amostra de gelatina de ananás (positivo) e de pudim (negativo).
Teste da presença de amido
O amido é sintetizado pelas plantas e serve como substância de reserva, uma vez que é uma fonte de
glicose. Na realidade, o amido é uma mistura de dois polissacáridos, a amilose (10-20%) e a
amilopectina (80-90%). A amilose é uma macromolécula com 250 - 300 resíduos de D-glucose,
possuindo uma estrutura helicoidal. A amilopectina é menos solúvel em água do que a amilose e é
constituída por cerca de 1400 resíduos de -glucose, possuindo uma estrutura ramificada (ligações -
1,6). Ao adicionar uma solução de iodo ao amido, na realidade está a adicionar-se o anião triiodeto
porque, em solução aquosa tem-se a reacção:
I2 + I- → I3-.
O anião triiodeto fica “aprisionado” no interior das hélices de amilose e aparece uma cor intensa azul
acinzentada.
Figura 6 - Conformações espaciais da amilose, da amilopectina e do anião triiodeto ocluso (adaptado de [5,6]).
Este teste irá ser aplicado a duas soluções amostra, uma contendo pudim (que inclui amido de milho)
e outra contendo rebuçado (branco), por adição da mesma quantidade de solução de iodo a ambas as
soluções. No tubo que contém a amostra de pudim aparece uma coloração azul acinzentada, enquanto
no da amostra sem amido (rebuçado) não se desenvolve cor.
Amilose Amilopectina
Triiodeto
Amilose + Amilopectina
Figura 7 - Teste da presença de amido numa amostra de rebuçado (negativo) e de pudim (positivo).
Presença de proteínas
As proteínas são macromoléculas constituídas por cadeias longas, que podem incluir centenas ou
milhares de unidades estruturais (os aminoácidos). A gelatina e as gomas contêm na sua composição
proteínas, se bem que em teor muito mais baixo do que as que existem na carne ou nos lacticínios,
não podendo portanto ser consideradas uma boa fonte proteica. Existe gelatina de origem animal
(usualmente encontrada nos supermercados) e de origem vegetal. A proteína (colagénio) da gelatina
animal (mais comum) é extraída de ossos, pele, cascos, cartilagens e tendões de animais (vaca, porco),
enquanto a gelatina vegetal é obtida a partir de algas como, por exemplo, agar-agar.
Na proteína da gelatina (colagénio) existem três cadeias de aminoácidos (cadeias de polipeptídeos)
que se alinham e se enlaçam umas em torno das outras, formando uma estrutura helicoidal tripla (ver
Fig. 8) unida por ligações fracas que se estabelecem entre os aminoácidos localizados dentro dessa
estrutura.
Nesta experiência irá ser realizado o teste do biureto para detecção de proteínas em gomas e gelatinas.
Este teste baseia-se no facto de soluções alcalinas que contêm biureto (composto resultante da
decomposição da ureia a 1800C) desenvolverem uma cor violeta na presença de sulfato de cobre,
devido à formação de um complexo entre o ião cobre e os átomos de azoto do biureto.
Figura 8 - Estrutura helicoidal tripla do colagénio, evidenciando os resíduos de glicina (vermelho) no centro da
hélice (adaptado de [7]).
Na Fig. 9 é possível verificar a semelhança entre as ligações existentes na molécula de biureto ao cobre
e as correspondentes ligações peptídicas estabelecidas para os aminoácidos nos peptídeos e proteínas.
Figura 9 - Formação de complexos de cobre com o biureto (a) e com ligações peptídicas numa proteína (b).
Por essa razão, a identificação de proteínas é feita usando sulfato de cobre em meio básico e este teste
de identificação é chamado teste do biureto. Se a mistura reaccional resultante adquirir uma cor
violeta, então é porque a amostra contém proteínas.
Figura 10 - Teste positivo do biureto para uma amostra de goma.
Referências
[1] http://cen.acs.org/articles/92/i6/Choices-Natural-Colors.html (consultado em 13 de Janeiro de 2017).
[2] http://www.fcfar.unesp.br/alimentos/bioquimica/praticas_ch/benedict.htm (consultado em 16 de Janeiro de 2017).
[3] O.V. Brenna, E.L.M. Ceppi, G. Giovanelli, Food Chem. 115 (2009) 119-123.
[4] G. C. Yen, P. D. Duh, “Scavenging effect of methanolic extracts of peanut hulls on free-radical and active-oxygen species”, J. Agric. Food Chem. 42 (1994) 629-632.
[5] http://www.fcfar.unesp.br/alimentos/bioquimica/praticas_ch/teste_amido.htm (consultado em 18 de Janeiro de 2017).
[6] http://www.laproteina.es/tienda/920-amilopectina-electrolitos-2-kg.html (consultado em 18 de Janeiro de 2017).
[7] http://bioquimicaufal.blogspot.pt/2012/11/aula-01_15.html (consultado em 18 de Janeiro de 2017).
Agradecimento
Agradeço à Técnica de Laboratório Ana Isabel Vicente a sua colaboração na optimização deste módulo
e na realização das fotografias que documentam as respectivas experiências.
Encontro com a Engenharia Química
Fátima Rosa, Licínio Ferreira
Centro Cerena-Centro de Recursos Naturais e Ambiente, Departamento de Engenharia Química,
Instituto Superior Técnico, Av. Rovisco Pais 1, 1049-001 Lisboa.
Queremos mostrar que a Engenharia Química está presente no nosso dia a dia e que desempenha um
papel importante na pesquisa e desenvolvimento de novos produtos, inovação e divulgação no apoio
à indústria nacional.
Técnicas de tratamento de água - Teste dos jarros
A água é um recurso natural indispensável à Vida. Diariamente, usamos a água nas mais diversas
actividades:alimentação, higiene pessoal, rega, limpeza, indústria e agricultura.
A água para consumo humano é considerada de qualidade – água potável - quando não oferece riscos
para a saúde, isto é, considera-se própria para consumo quando os valores de determinados
parâmetros, nomeadamente físico-quimícos, microbiológicos e radioactivos respeitam limites
previamente definidos Fig. 1.
Figura 5 - Água potável
Figura 2 - Represa Figura 3 - Rio
Pela observação das figuras 2 e 3 verifica-se que a água pode apresentar substâncias dissolvidas ou em
suspensão, detritos, necessitando de tratamento para que fique limpa e sem sabores ou odores
estranhos, própria para consumo.
A qualidade de água captada varia ao longo do tempo e de acordo com a época e regime de chuvas. A
água da chuva e das regas ao passar pelos campos carrega elementos do ar, solo e elementos
potencialmente provenientes da poluição causada pelo homem e confere aos cursos de água
diferentes características, tornando necessários diversos processos para o seu tratamento em
instalações adequadas.
Tipicamente, um processo de tratamento de água passa por diferentes etapas:
1 - Pré-cloração. Adição de cloro que facilita a eliminação de matéria orgânica e metais.
2 - Pré- alcalinização. Adição de cal para ajuste de pH.
3 - Coagulação. Adiçao de sulfato de alumínio, cloreto férrico ou outro coagulante.
4 - Floculação. Mistura lenta da água com um floculante.
5 - Decantação. Separação dos flocos formados na etapa anterior
6 - Filtração. Retém o que restou da decantação.
7 - Pós alcalinização. Ajuste do pH para evitar corrosão ou incrustações nas canalizações.
8 - Desinfecção. Adição de cloro para garantir que a água fica isenta de bactérias e vírus.
9 - Fluoretação. Adição de fluor para prevenir cáries.
Teste dos jarros
Figura 4 - Teste dos jarros
O teste dos jarros é um processo utilizado nas estações de tratamento de água para a determinação
do pH ideal e das quantidades de floculante e coagulante mais adequadas.
Através da coagulação, as partículas coloidais são neutralizadas e aglutinadas em particulas de maiores
dimensões, sendo coagulantes mais comuns os sais de ferro e alumínio. Para que todo o coagulante
se dissolva na água, a mistura deve ocorrer com agitação.
O processo de coagulação depende de vários parâmetros: pH do meio, quantidade de coagulante,
variabilidade e quantidade de partículas suspensas e velocidade de agitação da mistura.
A seguir ao processo de coagulação segue-se a adição de um floculante para promover a agregação
das partículas formadas na coagulação. No início da floculação a velocidade deve ser maior pois as
partículas ainda se encontram dispersas na água mas deve diminuir em seguida, pois como há um
aumento considerável dos flocos uma grande agitação pode quebrá-los.
Após a floculação e coagulação água sofre uma decantação, processo de separação das partículas
sólidas em suspensão que se vão depositando pela acção da gravidade e que resultaram pela
floculação e coagulação em flocos de maior dimensão e mais densos que a água.
Pela observação da figura 4, verifica-se que o primeiro copo, onde não se adicionou nem floculante
nem coagulante,continua com coloração. No segundo copo, juntou-se coagulante e pode verificar-se
alguma deposição de partículas, mas a água ainda apresenta turvação, indicador da presença de
material em suspensão. No último copo adicionou-se floculante e coagulante. Formaram-se flocos de
maiores dimensões, a decantação foi mais rápida e a água ficou com um aspecto mais límpido.
A água resultante da decantação passa por filtros (Figura 5) formados por camadas de carvão, areia e
pedras que irão reter as impurezas restantes da fase anterior. Finalmente é ajustado o pH e para
garantir a pureza da água adiciona-se cloro e fluor.
Figura 5 - Filtro de areia
Uma estação de tratamento de água pode esquematicamente representar-se como na Figura seguinte:
Figura 6 - Estação de tratamento de água1.
A velocidade de sedimentação de uma partícula é muito importante na limpeza da água visto que
partículas com velocidade de sedimentação baixa tendem a flutuar à superfície, enquanto que
partículas com velocidade de sedimentação alta tendem a depositar-se no fundo formando uma
camada.
A velocidade de sedimentação de uma partícula é função de vários parâmetros, como sejam a sua
densidade, diâmetro, forma e esfericidade, bem como a densidade e viscosidade do fluido.
Na natureza, a dimensão das partículas sedimentares é muito variável, podendo encontrar-se
elementos da ordem de algumas micras a metros de diâmetro. Em função disso, assim se utilizam
floculantes e coagulantes diversos, para formar partículas maiores e mais facilmente removíveis.
Ultrafiltração
A filtração por membrana é uma das modernas tecnologias utilizadas para a clarificação, concentração
e separação de componentes, dessalinização e purificação de uma grande variedade de bebidas. É
também aplicada com o objectivo de melhor garantir a segurança alimentar de muitos produtos pois
reduz a contaminação microbiana e elimina substâncias indesejáveis, dispensando o recurso a
tratamentos mais invasivos, nomeadamente térmicos.
Esta técnica utiliza uma barreira física sob a forma de membrana porosa ou filtro para separar as
partículas num fluido, como pode ver-se na figura 7. Estas partículas são separadas com base no seu
tamanho e forma, utilizando o efeito da pressão e membranas especialmente desenhadas com esse
objectivo, com poros de diferentes diâmetros
Figura 7 - Membranas de ultrafiltração 2
Embora haja diferentes métodos de filtração por membrana (osmose inversa, nanofiltração,
ultrafiltração e microfiltração, em ordem crescente do diâmetro dos poros da membrana), todos eles
visam a separação ou concentração de substâncias num líquido.
A ultrafiltração é um processo intermédio no que refere ao tamanho dos poros, retendo tipicamente
moléculas com massa molar entre 500 e 500 000 Daltons.
A ultrafiltração do leite representa a primeira verdadeira inovação na história da confecção do queijo,
oferecendo vantagens consideráveis3. Durante o processo de fabrico de queijo, alguns dos nutrientes
presentes no leite são perdidos no soro (hidratos de carbono, vitaminas solúveis e minerais). A
ultrafiltração revelou-se um meio eficaz para recuperar estes subprodutos, que podem ser utilizados
posteriormente.
Também no tratamento de efluentes a aplicação da técnica de ultrafiltração tem sido amplamente
utilizada, não só evitando contaminações de diversa ordem, nomeadamente ambientais, mas também
com o objectivo de recuperação de compostos presentes na corrente descarregada, para possível
reutilização.
As águas residuais da indústria têxtil, dado o alto teor de corantes que normalmente apresentam,
proporcionam um exemplo representativo. Muitos destes efluentes e seus subprodutos, para além da
toxicidade para o Homem, podem também, sem o devido tratamento, ser altamente prejudiciais para
a fauna e flora aquáticas. A eliminação ou diminuição destes impactos para níveis seguros, permitindo
a reutilização da água, tornam estes processos de separação com membranas de grande utilidade.
Na ultrafiltração, a força que promove o transporte é a pressão que actua sobre a solução de
alimentação, fazendo-a passar tangencialmente sobre a membrana de ultrafiltração. As
macromoleculas são retidas enquanto o solvente passa livremente. A solução de alimentação dá
origem a duas correntes, sendo uma designada por rejeitado, constituída pelos solutos que ficam
retidos na membrana e outra, designada por permeado, que é constituída pelo solvente, como pode
ver-se na foto seguinte (Figura 8) de uma mini instalação piloto.
Figura 8 - Mini instalação piloto
Polímeros Superabsorventes
Os polímeros são materiais macromoleculares de grande importância socio-económica, cuja crescente
utilização se deve essencialmente à grande diversidade de propriedades e aplicações. Na sua
composição podem entrar uma ou várias unidades químicas, os monómeros.
Os polímeros que apresentam uma grande capacidade de absorção – polímeros hidrofílicos capazes
de absorver grandes quantidades de fluidos por alojamento entre as moléculas- são conhecidos como
polímeros superabsorventes. Cada grama de polímero pode absorver cerca de 100 a 1000 vezes o seu
peso em água. Esta capacidade depende da estrutura da rede dos polímeros, que por sua vez é
resultado dos monómeros utilizados e do processo de produção4 .
Os superabsorventes têm sido habitualmente produzidos pela polimerização de ácido acrílico
CH2=CHCOOH, ésteres acrílicos, acrilamida CH2=CHCONH2 e outros monómeros insaturados pela
técnica de polimerização radicalar.
Suporte com membrana
de ultrafiltração
Permeado Solução de alimentação
Figura 9 - Montagem laboratorial para produção de polímeros
No seu estado seco as longas cadeias de polímero são enroladas (Figura 10ª). Quando absorvem líquido
elas desenrolam e a rede expande. O líquido é então armazenado nos espaços da rede molecular e o
material forma um gel (Figura 10b).
a) b)
Figura 10 - a)Cadeias de polímero enroladas e b) Cadeias de polímero desenroladas
É interessante verificar que, dada a sua pequena dimensão, medir uma pequena partícula de polímero
seco com uma régua é muito difícil. Só depois de se adicionar água se consegue, consequência da sua
grande capacidade de absorção (Figura 11).
Figura 11 - Dimensões de partícula de polímero
Várias aplicações têm-se revelado de particular interesse, sendo que uma parte significativa do actual
mercado se relaciona com produtos de cuidados higiénicos, nomeadamente fraldas. Usam-se também
em áreas tão diversas como a agricultura, medicina, em processos de separação de soluções diluídas
de materiais orgânicos ou biológicos, como por exemplo para remover a água do soro do queijo, etc.
Aplicam-se também em combustíveis para remover a água como contaminante e no tratamento de
efluentes.
Por exemplo nas fraldas, a utilização de partículas de material superabsovente permite
simultaneamente diminuir a quantidade de algodão a utilizar, uma vantagem económica, e reduzir a
espessura da fralda, aumentando o bem-estar do utilizador.
Pesar uma fralda seca e uma certa quantidade de polímero antes e depois de os termos introduzido
numa tina de água, permite-nos estimar o sucesso da aplicação destes materiais em termos de
capacidade de absorção, como se observa na Figura 12.
Figura 12 - Capacidade de absorção de um polímero numa fralda
Na Agricultura, permite uma melhoria das condições ecológicas em áreas desertificadas ou em vias de
desertificação, diminuição dos efeitos de seca por aumento da retenção de água à superfície dos solos,
ficando mais disponível para a planta, permitindo assim um melhor desenvolvimento das culturas.
Referências
1 – http://www.soq.com.br/conteudos/ef/agua/p8.php acedido em 16 de Janeiro de 2017
Partícula superabsorvente inchado Partícula de superabsorvente seco
2 – http://www.directindustry.com/pt/fabricante-industrial/membrana-ultrafiltracao-94568.html
3 – Minhalma, M., and Norberta de Pinho, M. Flocculation/Flotation/Ultrafiltration Integrated Process for the Treatment of Cork Processing Wastewaters. Environmental Science and Technology 35, 4916-4921, 2001
4 – F. Rosa, J. Bordado, M. Casquilho, J. Polym. Sci. Pt. B: Polym. Phys. 42, 505–514, 2004
Agradecimento
Agradeço à técnica do Laboratório de Tecnologia, Engª Isabel Leiria, a preciosa colaboração e empenho
na preparação e montagem dos trabalhos.
NEQIST e o Cálice de Fogo
Beatriz Duarte, Beatriz Forte, Diana António, João Barras, Maria de Fátima Calixto, Miguel Guedes, Sara
Vieira
Alunos de Mestrado Integrado em Engenharia Química do NEQIST, Departamento de Engenharia
Química, Instituto Superior Técnico, Av. Rovisco Pais 1, 1049-001 Lisboa.
Fogo Colorido
Introdução
É inegável a espetacularidade desta experiência e é certo que impressiona sempre, tanto miúdos como
graúdos! Mas há muita química, e de interesse, por detrás dela. Para o “mundo da Química”, esta
experiência tem o nome de “Teste de Chama” e usualmente é utilizada para descobrir determinados
elementos numa substância, tendo por base duas premissas, o efeito oxidante da chama e o modelo
atómico de Bohr.
Material e Reagentes
Espátulas
Goblé
Vidro de relógio (para cobrir o goblé)
Pipeta
Isqueiro
Recipiente apropriado para conter fogo
Combustível: Metanol
Ácido bórico
Cloreto de Cobre
Cloreto de Potássio
Procedimento Experimental
Esta experiência tem como procedimento três passos bastante elementares:
1. Deve-se colocar o sal que se pretende comburir num recipiente apropriado;
2. Cobrir o sal com um agente que permitirá a ignição e a combustão do mesmo. Por exemplo, o
etanol ou o metanol;
3. Deitar-se fogo.
Como é percetível por estes três pontos, o procedimento é relativamente elementar. No entanto, é
necessário ter em conta alguns aspetos:
1. Todo o procedimento deve ser efetuado na hotte e não devem existir elementos inflamáveis por
perto, devido ao uso de chama.
2. Não existem quantidades estipuladas de reagentes a usar. Porém, deve-se adicionar tanto mais sal
quanto mais tempo se quer que a chama dure. O reagente que permitirá a ignição deve ser
adicionado para que permita que todo o sal seja comburido. No entanto, uma adição em excesso
de etanol ou metanol, poderá fazer com que a chama apresente a cor característica da queima
destes álcoois em vez de apresentar a cor de chama do sal.
Explicação
Segundo o modelo atómico de Bohr, os eletrões de um determinado átomo rodeiam o núcleo deste
átomo em órbitas que têm níveis de energia quantificados. Quando estes eletrões absorvem energia,
aumentam de nível, ou seja, passam para um estado excitado. Este eletrão tende agora a voltar para
o estado mais estável onde se encontrava, o estado fundamental. Ao fazer isto, liberta energia na
forma de ondas eletromagnéticas no espetro do visível, sendo que a frequência destas ondas são
características de cada átomo. É este facto que permite que diferentes elementos possam emitir
diferentes cores durante o “Teste de Chama”.
Nesta experiência utiliza-se Ácido Bórico, cuja cor esperada é o verde. Cloreto de Cobre que emitirá
uma cor azulada, e por fim, Cloreto de Potássio cuja cor característica é o Lilás. Porém, existem outros
compostos que poderiam ser utilizados e que teriam um efeito similar, como o Cloreto de Sódio que
apresenta uma cor amarelada ou o Cloreto de Magnésio que apresentaria uma cor branca brilhante.
Figura 6 – Fogo colorido usando (da esquerda para a direita): ácido bórico, Cloreto de Cobre e Cloreto de
Potássio.
Referências
[1] - http://www.infoescola.com/quimica/teste-da-chama/
“Black Snake”
Material e Reagentes:
Bicarbonato de Sódio
Açúcar
Etanol (Esguicho)
Recipiente apropriado para conter o fogo
Procedimento experimental
O procedimento desta experiência é bastante simples e é feita em três passos:
1º - Mistura-se açúcar e bicarbonato de sódio numa proporção de 4:1;
2º - Cobre-se com álcool;
3º- Deita-se fogo.
Explicação
Quando se deita fogo sobre a mistura dá-se as combustões completa (equação 1) e incompleta da
sacarose presente no açúcar. Durante a combustão completa há libertação de Dióxido de Carbono e
de água, enquanto na combustão incompleta se forma Carbono, um dos principais constituintes do
carvão que dá a tonalidade preta à cobra.
𝐶12𝐻22𝑂11 + 12𝑂2 ⟶ 12𝐶𝑂2 + 11𝐻2𝑂 (1)
Ao mesmo tempo, o bicarbonato de sódio sofre decomposição térmica, segundo as equações 2 e 3:
2𝑁𝑎𝐻𝐶𝑂3(𝑠) ⟶ 𝑁𝑎2𝐶𝑂3 (𝑠) + 𝐶𝑂2 (𝑔) + 𝐻2𝑂 (𝑙) (2)
𝑁𝑎2𝐶𝑂3 (𝑠) ⟶ 𝑁𝑎2𝑂 (𝑠) + 𝐶𝑂2 (𝑔) (3)
O dióxido de carbono libertado tanto na combustão como na decomposição térmica faz com que a
estrutura se encha de gás e dê o efeito da cobra subir.
Figura 7 – Reação de combustão a ocorrer à medida que o “Black Snake” se forma.
Cuidados a ter
A experiência exige o uso de uma chama pelo qual é necessário garantir que não se encontram
substâncias inflamáveis por perto. A reação é feita sob proteção da hotte devido à libertação dos gases.
Referências
[2] https://www.youtube.com/watch?v=Z2_rwr_qEkA
[3] http://www.manualdomundo.com.br/2014/01/como-fazer-a-serpente-do-farao/
A vela que levanta a água
Introdução
A seguinte experiência está relacionada com os efeitos da variação da pressão e volume dos
gases com a Temperatura.
Material
Um prato fundo
Uma vela
Água
Corante
Fósforo ou Isqueiro
Garrafa de vidro
Procedimento Experimental
1. Fixa-se a vela no centro do prato
2. Coloca-se água no prato e tinge-se a água com o corante;
3. Acende-se a vela;
4. Coloca-se a garrafa de vidro ao contrário sobre a vela;
5. Observa-se o que acontece.
A intensidade da vela irá diminuir até se apagar, momento no qual o nível da água irá subir
significativamente no interior da garrafa.
Explicação
Quando se coloca a garrafa sobre a vela, esta fica cheia de ar quente. Após a vela se apagar o ar
arrefece rapidamente, baixando assim a pressão no interior da garrafa. Isto faz com que a pressão no
seu interior seja menor que a pressão atmosférica, o que provoca a subido do nível da água dentro da
garrafa.
Referências
[4] http://azeheb.com.br/blog/experimento-de-fisica-a-vela-que-levanta-a-agua/
Bolhas de sabão gigantes
Material e Reagentes
Água;
Detergente da loiça;
Glicerina;
Alguidar;
Arame;
Mangueira;
Fita-adesiva.
Procedimento experimental
Num recipiente, de preferência com o diâmetro necessário para se colocar o objeto com que se
vai fazer as bolhas, adicionou-se 100 mL de água, 50 mL de detergente e 20 mL de glicerina. Deve-se
esperar de preferência algumas horas para se obter melhores resultados.
Construiu-se uma argola, tendo por base arame envolto numa mangueira unida por fita adesiva
(com resistência à água). Por fim, colocou-se a argola na mistura e deslocou-se a argola no ar,
formando bolhas de sabão gigantes.
Explicação
O detergente permite diminuir a tensão superficial da água, permitindo assim a formação das
bolhas. Já a glicerina diminui a evaporação da água, tornando as bolhas mais duradoras, visto que
assim não rebentam tão rapidamente.
Referências
[5] https://www.youtube.com/watch?v=JMmhSluqyws
“Quem é Quem na Tabela Periódica”:
Localização, Ação, Reação!
Ana Knittela, Cristina Gomes de Azevedob, Marta Coelhoc
a Aluna do Mestrado Integrado em Engenharia Química, Instituto Superior Técnico, Av. Rovisco Pais 1,
1049-001 Lisboa.
b Centro de Química Estrutural, Departamento de Engenharia Química, Instituto Superior Técnico, Av.
Rovisco Pais 1, 1049-001 Lisboa.
c Departamento de Engenharia Química, Instituto Superior Técnico, Av. Rovisco Pais 1, 1049-001
Lisboa.
Introdução
A vida na terra baseia-se em compostos nos quais intervêm essencialmente quatro elementos
químicos: o carbono, o nitrogénio, o hidrogénio e o azoto. Juntamente com pouco mais de uma
centena de outros elementos químicos naturais, que podem juntar-se em infinitas combinações,
permitem justificar a imensa diversidade de materiais que nos rodeiam.
Embora os químicos do séc. XIX não conhecessem ainda a estrutura dos átomos, reconheceram
tendências periódicas nas propriedades físicas e químicas dos elementos conhecidos, que procuraram
sistematizar. As tentativas de organizar os elementos químicos resultaram da necessidade de reunir o
máximo de informação, da forma mais simples para ser consultada. Ou seja, reunir toda a informação
disponível acerca das características das substâncias elementares, e do reconhecimento de uma
regularidade periódica nas propriedades físicas e químicas dessas substâncias.
A sistematização é uma forma de organização imprescindível nas mais variadas áreas do
conhecimento. E a Química oferece-nos hoje umas das mais belas e úteis classificações conseguidas
na história da ciência, que vamos estudar: a Tabela Periódica dos elementos químicos.
Embora tivessem surgido várias tabelas de elementos químicos desde o final do sec. XVIII, a primeira
tabela periódica que deu origem à tabela atual foi pensada por Mendeleiev. Este químico russo
elaborou aquela tabela para evidenciar a variação periódica das propriedades dos 66 elementos
químicos, conhecidos até à altura.
Atualmente a tabela periódica (figura 1) é constituída por mais de uma centena de elementos químicos
(uns naturais, outros sintetizados) agrupados de acordo com as suas propriedades físicas e químicas,
em 18 grupos ou famílias (linhas verticais) e 7 períodos (linhas horizontais).
Os elementos do grupo 1 são chamados metais alcalinos, os do grupo 2 são os metais alcalino-terrosos,
os do grupo 17 são os halogéneos e os do grupo 18 são conhecidos por gases nobres, raros ou inertes.
Os elementos dos grupos 1 e 2 constituem o bloco s e os do 13 ao 17 formam o bloco p. Juntos
constituem os elementos representativos. Nos grupos 3 ao 12 encontram-se os metais de transição.
Existem ainda os lantanídeos e actinídeos.
Os elementos da tabela periódica agregam-se formando entidades mais complexas, as moléculas. A
localização de um determinado elemento na tabela periódica, e consequentemente as suas
propriedades, vai refletir-se nas moléculas que forma, condicionar a sua ação e induzir as reações em
que participa.
Figura 1 – Tabela Periódica
Localização
Todos já assistimos maravilhados a um espetáculo de pirotecnia, ou seja, o famoso fogo-de-artificio
(figura 2). De onde veem tantas cores e tanta luz?
Figura 1 - Fogo de artifício
Não é de admirar que este assunto esteja relacionado com a constituição do átomo – na vida (e aqui
em particular, na química) tudo começa no átomo! Os átomos são partículas elementares constituintes
de toda a matéria.
A olho nú um átomo não é visível! Têm dimensões tão reduzidas que só podem ser observadas
mediante meios de observação sofisticados, com poderes de ampliação muito superiores ao de
qualquer microscópio ótico.
O átomo é constituído por um núcleo, região central onde se concentram partículas denominadas
protões e neutrões, e pelos eletrões, que se encontram distribuídos em torno dele formando uma
nuvem eletrónica. Os eletrões não têm todos a mesma energia e essa energia não varia de forma
contínua, ou seja, apenas determinados valores de energia são permitidos aos eletrões. Diz-se então
que os eletrões estão distribuídos por níveis de energia (ou camadas).
Cada elemento da tabela periódica (cada átomo) têm um número próprio de eletrões, distribuídos por
camadas distintas, ou seja, energias diferentes.
A espetacularidade do fogo de artificio vem em grande parte da cor com que os metais ardem. A reação
química que está por trás do fenómeno depende da “arrumação” dos eletrões entre esses níveis de
energia. Essa distribuição é própria de cada átomo e diferente para cada um. A cor observada depende
de como os eletrões estão repartidos pelos níveis de energia, pois a emissão de luz deve-se a transições
eletrónicas para níveis de energia inferiores. Poderíamos dizer numa linguagem menos científica que,
para cada átomo, os eletrões “saem” com uma energia diferente, e é essa energia a responsável pela
luz. A “quantidade de energia” é responsável pela cor. Assim cada átomo de metal “arde” com uma
cor diferente.
Nem todos os elementos da tabela periódica ardem com esta espetacularidade. Os metais são os
candidatos ideais, já que libertam os respetivos eletrões com facilidade.
Os metais alcalino-terrosos como o bário, o magnésio e o estrôncio são muito utilizados em
pirotécnica.
Os metais alcalinos embora não sendo utilizados no fogo-de-artificio, também ardem com chama de
cor característica. A diversidade de cores é tão marcante e profunda que é um dos métodos em
laboratório de identificação de metais-alcalinos e alcalino-terrosos.
Ou seja, este é um exemplo da importância da localização de um determinado elemento na tabela
periódica - das similaridades que há entre elementos que pertencem à mesma família e das diferenças
que os permitem distinguir uns dos outros.
A experiência que vamos fazer pretende ilustrar esse ponto. Vamos fazer ensaios de chama: numa
chama de um bico de Bunsen faz-se arder um sal de um metal (indicados na figura 3) numa solução
aquosa ou o mesmo embora no estado sólido.
Figura 3 - Elementos em Estudo
A chama vai tomar a cor caraterística de cada elemento, o que nos vai permitir distingui-los e identificá-
los. Esta identificação é baseada no conhecimento prévio da cor respetiva de cada metal, informação
esta disponível em livros da área (figura 4 e 5).
O lítio arde com chama carmim, o sódio amarela, o potássio violeta, o magnésio branca, o cálcio
amarela avermelhada, o estrôncio vermelha carmim e o bário com uma cor verde amarelada.
Figura 2 - Ensaios de Chama: Lítio, Sódio e Potássio
Ação
A localização dos elementos reflete-se na maneira como interatuam. Da maneira como “fazem
química”.
Já referimos que elementos do mesmo grupo têm uma distribuição de eletrões semelhante o que
permite justificar a parecença das propriedades físicas e químicas desses elementos. Mas semelhança
não é igualdade!! Então podemos dizer que a localização se reflete no comportamento face a uma
determinada ação.
Este comportamento traduz-se no tipo de reações químicas, de como determinados elementos
reagem entre si para formar moléculas e consequentemente as moléculas reagem umas com as outras.
A experiência que vamos fazer vai incidir sobre bromo e iodo. Ambos são elementos do grupo 17 da
tabela periódica (os halogéneos) e existem na forma de uma molécula diatómica (constituída por dois
átomos), ou seja, 𝐵𝑟2 e 𝐼2. Existem moléculas desses elementos, que se denominam sais e em que
existe o anião brometo - 𝐵𝑟− (átomo de Bromo que “ganhou” um eletrão) - ou o anião iodeto - 𝐼−
(átomo de Iodo que “ganhou” um eletrão) -. As nossas experiências vão incluir 𝐵𝑟2, 𝐵𝑟−, 𝐼2 e 𝐼−.
Vamos demonstrar que 𝐵𝑟− e 𝐼− se vão comportar de maneira análoga quando sujeitos à mesma
ação, mas ainda assim somos capazes de os distinguir através de uma outra ação, a mesma para os
dois.
Vamos observar o comportamento de 𝐵𝑟− e 𝐼− com lixívia (primeira ação) e seguidamente como
podemos distinguir um elemento de outro, por adição de um solvente, o diclorometano, 𝐶𝐻2𝐶𝑙2,
(segunda ação).
A lixívia, é um composto químico usado para limpeza e desinfeção de superfícies, cuja espécie química
ativa é o hipoclorito de sódio (de fórmula química 𝑁𝑎𝑂𝐶𝑙).
A primeira experiência que vamos fazer é o estudo da ação do ião hipoclorito (𝑂𝐶𝑙−), que como
referido anteriormente é a espécie ativa (a mais importante para nós), sobre soluções aquosas de sais
de bromo e iodo, onde estão presentes o ião brometo, 𝐵𝑟− e iodeto, 𝐼− respectivamente.
A química que está por trás destas reações denominadas reações redox (reações de redução-
oxidação), excede o âmbito do vosso grau de ensino e apenas se apresentam a nível informativo (eq.
1 e eq. 2).
𝑂𝐶𝑙− + 2𝐵𝑟− + 2𝐻+ → 𝐵𝑟2 + 𝐻2𝑂 + 𝐶𝑙− (1)
𝑂𝐶𝑙− + 2𝐼− + 2𝐻+ → 𝐼2 + 𝐻2𝑂 + 𝐶𝑙− (2)
O que importa reter é que ação da lixívia, ou do hipoclorito, é a mesma para as duas espécies, ião
brometo - 𝐵𝑟− - e iodeto - 𝐼− -. Na reação a partir do ião brometo, uma solução incolor, forma-se
bromo, de fórmula química 𝐵𝑟2, uma solução amarela (como indicado na eq. 1 e ilustrado na figura 6).
Na reação do ião iodeto, uma solução incolor, forma-se iodo, de fórmula química 𝐼2, uma solução
castanha (como indicado na eq. 2 e documentado na figura 6).
Consegue-se assim distinguir um do outro pela cor diferente de cada solução final.
Então a ação da lixívia sobre duas espécies pertencentes ao mesmo grupo da tabela periódica é
aparentemente a mesma: transforma 𝐵𝑟− e 𝐼− em 𝐵𝑟2, e 𝐼2, respetivamente.
Embora seja visível que houve ação da lixívia em ambos os casos, para se saber se a ação (reação) foi
a mesma, há que identificar os supostos produtos finais, ou seja a solução aquosa de 𝐵𝑟2 e a solução
aquosa de 𝐼2. Para isso vamos proceder à segunda ação: adição de diclorometano, que é um líquido
imiscível com água, de fórmula 𝐶𝐻2𝐶𝑙2,. Vamos observar a dissolução de 𝐵𝑟2 ou 𝐼2 em 𝐶𝐻2𝐶𝑙2. A ação
diferente de 𝐶𝐻2𝐶𝑙2 sobre as soluções aquosas, 𝐵𝑟2 ou 𝐼2 (formando no primeiro caso uma solução
amarela – (fig. 7) Bromo - e no segundo uma solução rosa – (fig. 7) Iodo -, permite distinguir os dois
halogéneos.
Figura 3 - Formação de Bromo (amarelo) e Iodo
(castanho)
A química que está por trás deste comportamento também excede o âmbito do vosso grau de ensino,
e assim sendo não vai ser discutida.
O importante é tirar conclusões das duas ações que tiveram lugar:
i) A ação da lixívia sobre duas espécies pertencentes ao mesmo grupo da tabela periódica é a
mesma (reação de oxidação redução);
ii) a ação do diclorometano é diferente para a cada caso – soluções de cores diferentes.
Com qualquer das ações é possível identificar as várias espécies envolvidas nestas experiências!
Reação
Estão bem presentes nas nossas vidas do quotidiano os efeitos nocivos do consumo de álcool, sendo
que um dos mais comuns chega-nos geralmente através da televisão devido a mortes em acidentes
rodoviários.
Assim é também cada vez mais utilizado (e falado) o famoso teste do balão, usado pela polícia para
verificar se um determinado condutor se encontra alcoolizado.
A fig. 8 mostra o dispositivo utilizado para este fim que se designa por alcoolímetro.
Figura 4 – Solução aquosa de I2 (laranja) e I2 em solução de diclorometano (rosa); Br2 em solução
aquosa e de diclorometano (amarelo)
O princípio de deteção do grau alcoólico no corpo humano fundamenta-se nas mudanças das
características elétricas de um sensor (incluído no alcoolímetro) sob os efeitos provocados pelos
resíduos do álcool etílico no hálito do indivíduo.
Todo este processo de quantificação da concentração de álcool baseia-se numa reação química que
envolve mudança de cor.
De uma forma muito simplificada o alcoolímetro é na verdade um equipamento que contém duas
partes principais. Uma das partes é onde ocorre a reação química e a consequente mudança de cor; e
a segunda um dispositivo elétrico que quantifica a quantidade de álcool a partir da comparação entre
a cor inicial (antes de se “soprar no balão”) e a cor final.
A reação química é uma reação de oxidação-redução e pelas razões já referidas não se vai aprofundar
a explicação deste tópico.
Deixamos apenas, para os mais interessados, a equação química que ocorre neste processo.
2𝐾2𝐶𝑟2𝑂7 + 3𝐶𝐻3𝐶𝐻2𝑂𝐻 + 8𝐻2𝑆𝑂4 → 2𝐶𝑟2(𝑆𝑂4)3 + 2𝐾2𝑆𝑂4 + 3𝐶𝐻3𝐶𝑂𝑂𝐻 + 11𝐻2𝑂 (3)
Como explicitado na equação, a solução inicial de dicromato de potássio (𝐾2𝐶𝑟2𝑂7) – cor de laranja
intenso – é convertida, em meio ácido, numa solução verde característica da presença do ião 𝐶𝑟(𝐼𝐼𝐼)
- fig. 9 -. Simultaneamente o álcool etílico (𝐶𝐻3𝐶𝐻2𝑂𝐻) reage para dar ácido acético (𝐶𝐻3𝐶𝑂𝑂𝐻).
Figura 5 - Alcoolímetro
Conclusão
Das experiências realizadas podemos pensar numa espécie de “viagem no tempo”. Inicialmente
começámos pelos primórdios da química, envolvendo a sistematização dos elementos químicos e o
significado da sua localização da tabela periódica.
De seguida avançámos no tempo e passámos à “revelação” da química (que denominámos ação)
“dissecando”, nos exemplos escolhidos, todas as espécies envolvidas, as suas transformações e
identificação.
Por fim, chegámos à era atual, em que mostramos uma reação utilizada vulgarmente no dia-a-dia – o
teste do balão.
Curiosamente, a localização, ação e reação estão simultaneamente presentes em cada um destes três
“momentos históricos”. A partir da localização, é-nos possível entender espetáculos como o fogo-de-
artifício; sem ação, jamais poderíamos ter avançado no campo da reação, pois afinal de contas basta
olharmos com atenção à nossa volta e vemos inúmeros produtos, que neste momento nos são
essenciais, que de outra forma nunca lhes teríamos acesso.
Por outras palavras os avanços da química têm permitido atuar em diferentes áreas, proporcionando-
nos o acesso a materiais muito distintos, que facilitam a nossa vida diária. É inquestionável a
contribuição da Química para a qualidade de vida.
Figura 6 - Adição gradual de álcool etílico e consequente reação com o dicromato de potássio, em meio
ácido.
Estação em Marte
Beatriz Duarte, Beatriz Forte, Diana António, João Barras, Maria de Fátima Calixto, Miguel Guedes, Sara
Vieira
Alunos de Mestrado Integrado em Engenharia Química do NEQIST, Departamento de Engenharia
Química, Instituto Superior Técnico, Av. Rovisco Pais 1, 1049-001 Lisboa.
Carro Marciano
Introdução
Nesta estação, os alunos serão divididos em três grupos, sendo atribuído um monitor a cada grupo
para os guiar no desenrolar do processo. O carácter interativo estará fortemente presente neste
módulo, dado que os alunos serão convidados a serem os executores de toda a experiência. Isto é
possível devido à sua simplicidade e abordagem do método “Learn by doing”. Pode ser ainda
introduzida uma vertente competitiva na experiência, em que o grupo cujo carro percorrer uma maior
distância sairá vencedor.
Materiais e Reagentes
Bicarbonato de Sódio
Vinagre
Materiais de construção (rodas, garrafas de plástico, entre outros)
Procedimento
A primeira fase desta experiência é a construção do carro. Alguns aspetos fundamentais devem ser
mencionados, como o facto de o carro dever ter rodas e uma câmara reacional, bem como o
direcionamento do jato que irá propulsionar o carro. Em seguida, os alunos serão entregues à
construção do carro, trabalhando em equipa para o conseguir. No final, o modelo deve ser avaliado
quanto à segurança e estabilidade da estrutura, antes de ser posto em funcionamento.
É altura de colocar o combustível no interior do veículo. Coloca-se 100 mL de Vinagre, 50 mL de água
e cerca de 5g de Bicarbonato de Sódio, com cuidado para não se misturarem de imediato. Fecha-se a
tampa da garrafa e abana-se até se formar uma grande quantidade de bolhas. A reação a ocorrer no
interior da garrafa é a seguinte:
𝐶𝐻3𝐶𝑂𝑂𝐻(𝑎𝑞) + 𝑁𝑎𝐻𝐶𝑂3 (𝑠) → 𝐻2𝑂 (𝑙) + 𝐶𝑂2 (𝑔) + 𝑁𝑎𝐶𝐻3𝐶𝑂𝑂 (𝑎𝑞)
Deve-se usar um excesso de Ácido Acético para garantir que todo o Bicarbonato de Sódio é consumido.
Descobrir a proporção ideal de Vinagre e Bicarbonato de Sódio pode também fazer parte da
experiência e ser um dos desafios propostos.
Por fim, abre-se a tampa e vê-se o carro ir.
Referências
[1] S. Rochefort, E. Momsen, J. Hower, Kitchen Chemistry: The Chemical Reaction Powered Car, Dr. Skip’s Corner: K-12 Teaching Adventures OSU Engineering, Março 2004
Vulcão Marciano
Introdução
Nesta estação, os alunos serão convidados a criar o seu próprio vulcão, trabalhando em equipa para o
conseguir. O carácter interativo estará fortemente presente neste módulo, dado que os alunos serão
convidados a serem os executores de toda a experiência. Isto é possível devido à sua simplicidade e à
abordagem do método “Learn by doing”.
Materiais e Reagentes
Bicarbonato de Sódio
Vinagre
Detergente concentrado
Plasticina
Goblé de 25 mL e espátulas
Procedimento
A primeira fase desta experiência é a construção do vulcão. Aos alunos será entregue plasticina de
diversas cores e um goblé pequeno que funcionará como cone do vulcão. Aconselha-se a que o vulcão
seja construído no interior de um tabuleiro.
É altura de colocar a lava no interior do vulcão. Coloca-se 10 mL de Vinagre, uma pequena quantidade
de detergente concentrado e uma colher bem cheia de Bicarbonato de Sódio. De notar que as
quantidades terão de ser maiores caso se use um goblé de maior volume. Caso se verifique necessário,
misture os reagentes de modo a facilitar a reação. A reação a ocorrer no interior do cone do vulcão é
a seguinte:
𝐶𝐻3𝐶𝑂𝑂𝐻(𝑎𝑞) + 𝐻2𝑂(𝑙) + 𝑁𝑎𝐻𝐶𝑂3 (𝑠) → 𝐻2𝑂 (𝑙) + 𝐶𝑂2 (𝑔) + 𝑁𝑎𝐶𝐻3𝐶𝑂𝑂 (𝑎𝑞)
A presença do detergente irá, em conjunto com o gás Dióxido de Carbono libertado, tornar a lava mais
espumosa. Caso se queira obter um efeito mais realista, pode-se adicionar corante alimentar vermelho
antes de juntar o Bicarbonato de sódio.
Deve-se usar um excesso de Ácido Acético para garantir que todo o Bicarbonato de Sódio é consumido.
Descobrir a proporção ideal de Vinagre e Bicarbonato de Sódio pode também fazer parte da
experiência e ser um dos desafios propostos.
Por fim, observa-se a lava a escorrer para fora pelas paredes do vulcão.
Referências
[1] S. Rochefort, E. Momsen, J. Hower, Kitchen Chemistry: The Chemical Reaction Powered Car, Dr. Skip’s Corner: K-12 Teaching Adventures OSU Engineering, Março 2004
Encher o Balão?
Introdução
Nesta experiência recorre-se à mesma reação química, mas aplicada a um cenário diferente, de modo
a focarmos aspetos diferentes da mesma.
Materiais e Reagentes
Bicarbonato de Sódio
Vinagre
Balões e funil
Provetas 50 mL e espátulas
Procedimento
Desta vez, 10 mL de vinagre serão introduzidos numa proveta. Com a ajuda do funil, coloca-se uma
colher bem cheia de bicarbonato de sódio no interior do balão. De seguida, adapta-se o balão à
extremidade da proveta e levanta-se o balão de modo a que o bicarbonato de sódio caia para o dentro
da proveta. Se necessário, sacode-se a proveta para facilitar a reação. De notar que as quantidades
poderão ter de ser maiores se o volume da proveta também o for. Observa-se então o balão a encher
com o Dióxido Carbono gasoso produzido.
Referências
[1] S. Rochefort, E. Momsen, J. Hower, Kitchen Chemistry: The Chemical Reaction Powered Car, Dr. Skip’s Corner: K-12 Teaching Adventures OSU Engineering, Março 2004
Coordenação Logística
Maria Amélia Lemos
Cristina Gomes de Azevedo
Dulce Simão
Lurdes Ribeiro
NEQIST
Palestras Módulos Experimentais
Ana Charas
Carolina Belchior
Carolina Marques
Dulce Belo
Francisco Lemos
João Canário
João Paulo Telo
José Armando Silva
Maria Amélia Lemos
Marta Abrantes
Rúben Carvalho
Vera Pires
Ana Knittel
António Conceição
Beatriz Duarte
Beatriz Forte
Cristina Azevedo
Diana António
Dulce Simão
Fátima Rosa
Fernanda Carvalho
João Barras
José Armando Silva
Licínio Ferreira
Luís Santos
Maria de Fátima Calixto
Marta Coelho
Miguel Guedes
Sara Vieira
Sílvia Chaves
Vasco Bonifácio
Apoio na Realização
Ana Vicente
Carla Carvalho
Carla Salvador
Isabel Leiria
Jorge Teixeira
Marta Coelho
NEQIST
NEMAT
Apoio Laboratorial
Alunos dos Mestrados em:
Engenharia Química
Engenharia de Materiais
Engenharia Biológica
Agrupamento de Escolas Carlos Gargaté
Agrupamento de Escolas D. Filipa de Lencastre
Agrupamento de Escolas de Romeu Correia
Agrupamento de Escolas de Paço de Arcos
Colégio Académico
Colégio da Bafureira
Colégio Campo de Flores
Colégio Flor do Campo
Colégio Sagrado Coração de Maria
Colégio Santa Doroteia
Colégio São João de Brito
Colégio Valsassina
Escola EB1 da Laranjeiras
Escola EB 2,3 Marquesa de Alorna
Escola Profissional Magestil
Escola Secundária António Damásio
Escola Secundária Braamcamp Freire
Escola Secundária Maria Amália Vaz de Carvalho
Escola Secundária de Gago Coutinho em Alverca
Escola Secundária Fernão Mendes Pinto
Escola Secundária Frei Gonçalo Azevedo
Escola Secundária Luís de Freitas Branco
Escola Secundária da Portela
Escola Secundária de Sacavém
Escola Secundária do Porto Alto
Jardim Escola João de Deus
![Aula Dra[4]. Amélia - Contratos](https://img.document.onl/doc/110x75/55cf9232550346f57b948a1f/aula-dra4-amelia-contratos.jpg)
